三轴差速式管道机器人驱动单元的设计与研究

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1、国内图书分类号：TP242.3国际图书分类号：621.8工学硕士学位论文三轴差速式管道机器人驱动单元的设计与研究硕士研究生：李庆凯导师：李笑副教授申请学位：工学硕士学科、专业：机械设计及理论所在单位：机电工程学院答辩日期：2008年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TE242.3U.D.C:621.8DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDRESEARCHONDRIVEUNITOFTRI-AXIALDIFFEREN

2、TIALPIPE-ROBOTCandidate:LiQingkaiSupervisor:AssociateProf.LiXiaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MachineDesignandTheoryAffiliation:SchoolofMechatronicEngineeringDateofDefence:June,2008Degree-conferringInstitution:HarbinInstituteofTech

3、nology摘要摘要当轮式管道机器人通过弯管或者几何尺寸不规则的管道时，机器人各驱动轮的速度应该是不相同的。如果机器人的驱动单元没有差速功能，某些驱动轮将被迫产生滑移，其对机器人运行非常不利。采用差速功能的传动机构搭建具有机械自适应功能的驱动单元，是提高机器人对管道内部环境适应性的重要措施。本文以国家“863”计划资助项目“三轴差动式管道机器人自适应驱动技术研究”（课题编号：2006AA04Z236）为依托，对机械自适应型管道机器人驱动单元的结构、驱动特性及实验分析进行系统研究，设计并研制了三轴差速式管道机

4、器人驱动单元。该单元采用径向辐射轮式驱动结构形式，前轮驱动，后轮从动。以三轴差速机构为核心，搭建具有自适应反馈功能的传动系统，实现了机器人对管道环境的自适应功能；通过杆机构将预紧弹簧的弹性力传递给驱动轮，从而使各驱动轮获得足够大的正压力，在保障机器人具有足够拖动力的同时，能够很好地适应管径的变化；为了便于安装、调试和后期维护，机器人驱动单元采用了模块化设计技术。以三轴差速式管道机器人驱动单元为研究对象，建立驱动单元在直管和弯管阶段的差速方程，为定量评价驱动单元的机械自适应能力提供了理论依据；以驱动效率的定性

5、评价为目标，建立驱动轮组在差速失效时寄生功率的理论计算公式；为系统评价三轴差速式驱动单元的通过性，建立单轮越障的力学模型，求解出影响越障能力的关键几何及设计参数的量化计算公式；还建立驱动单元以及管道环境的虚拟样机数字化仿真模型，通过仿真计算，验证理论分析结果的正确性。搭建驱动单元驱动特性实验平台，采用计算机辅助测试的方法，对所研制的三轴差速式驱动单元进行综合性能测试，实验结果说明：所研制的驱动单元具有预期的差速功能，在运动过程中不会产生寄生功率。关键词管道机器人；驱动单元；三轴差速；驱动特性；实验测试-I-

6、AbstractAbstractWhiletherobotmovesintheelbow,thespeedsofthewheelsshouldbedifferentfromeachother.Thus,itisstronglydemandedtoaccuratelymodulatethevelocitiesofwheels,oritmaygivequitedetrimentaleffectsontheoverallperformanceoftherobot,becausesomeofwheelsareine

7、vitablyforcedtoslip,andthedrivingsystemmaybeindangerofbeingoverloadedduringmovement.Thepaperisbasedonnational“863”program“TheResearchofadaptivedrivetechnologyoftri-axialdifferentialpipe-robot”(theserialnumberis2006AA04Z236).Thepaperstudiesthemechanicaldesi

8、gnofpipe-robot、drivepropertiesandexperimentanalysis,andsucceededtodevelopatri-axialdifferentialdriveunitofpipe-robot.Thisunitintroducestheradialradiationsupportmodel,andisdrivenbythefrontwheelswhiletherearwhe