主动螺旋驱动管道机器人的机构设计及管道通过性研究

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1、硕士学位论文主动螺旋驱动管道机器人的机构设计及管道通过性研究STUDYONSTRUCTUREDESIGNANDPIPEPASSINGPROPERTYOFANACTIVESCREW-DRIVENIN-PIPEROBOT杨伟哈尔滨工业大学2018年1月国内图书分类号：TP242.3学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文主动螺旋驱动管道机器人的机构设计及管道通过性研究硕士研究生：杨伟导师：姜欣副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔

2、滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.3U.D.C:621AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringSTUDYONSTRUCTUREDESIGNANDPIPEPASSINGPROPERTYOFANACTIVESCREW-DRIVENIN-PIPEROBOTCandidate：YangWeiSupervisor：AssociateProf.J

3、iangXinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着管道在工业中和日常生活中的大量应用，管道的日常维护、清理和检修已经成了维护管道正常运

4、行的必不可少的工作。由于管道距离长且内部常装有不同的介质，问题排查往往比较困难，给管道的日常维护和检修造成了很大的难度，工业上有时需要大量停工，损失很大。管道机器人的出现和发展在解决管道的检测和维护方面发挥日益重要的作用。本文提出了一种新型的倾角可变式主动螺旋驱动的管道机器人，进行了机器人的机构设计，预紧支撑机构的优化分析，机器人运动模式和转向性能的研究以及仿真验证。基于提高机器人在管内的运动和转向性能的要求，采用模块化的设计理念对机器人的结构进行设计，使机器人的结构设计主要包括倾角可变式主动螺旋驱动单元、预紧支撑机构

5、和传动机构三个部分。通过SOLIDWORKS三维制图软件建立了管道机器人的三维模型，对机器人各部分结构的参数进行设计。并针对提高管道机器人对变径管道的适应性方面做了支撑机构的优化改进，选取一种优化方案对变径管道的适应性进行了分析，并研究了优化支撑机构的力学特性。所设计管道机器人能适应的多种不同的类型的管道，针对其所满足的管道类型，选择最通用的管道类型进行分析。构建了管道机器人在直管、L型弯管和四通弯管的运动分析模型，对不同管道中机器人所具有的运动模式进行了分析，并做了运动可行性和运动规律的研究。对在不同的运动模式下机器

6、人所应调整的运动姿态进行了分析，并讨论了如何实现各运动姿态之间的相互转换。此外，对机器人在直管、L型弯管和四通弯管中的运动进行路径规划，建立了机器人通过相应管道的运动学模型，并讨论了变换不同运动姿态的情况下机器人是否能够顺利通过预定管道。通过SOLIDWORKS三维制图软件联合ADAMS仿真软件建立了仿真模型。对管道机器人在直管中的不同运动模式和满足的运动规律进行了分析，建立了在两种典型运动姿态下的通过L型弯管的仿真模型，并分别对运动规律进行了验证。建立了机器人在四通管道中运动的仿真模型，验证了机器人在典型运动姿态下在

7、四通管道中的通过性。从而得出多组运动规律曲线，验证了机器人的运动模式和管道通过性。关键词：管道机器人；主动螺旋驱动；路径规划-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththewideapplicationofpipelineinindustryanddailylife,ithasbeenanessentialjobtocleanandmaintainpipeline.It’sdifficulttocheckouttheproblemofpipelinebecauseofthelongdistanceof

8、pipelineanddifferentmediuminside.Theemergenceanddevelopmentofin-piperobotsplayanincreasinglyimportantroleinsolvingtheproblemsofinspectionandmaintenanceofpipeline.Inth