仿生型自激驱动的微型管道机器人

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1、上海大学硕士学位论文仿生型自激驱动的微型管道机器人姓名：汤婷洁申请学位级别：硕士专业：机械制造及自动化指导教师：李朝东20060201上海大学硕士学位论文摘要研制和开发能够在工业、民用、医疗、公安等领域的微型管道系统里自由行走并进行管道维护和检修的管道机器人，可以有效保护操作人员人身安全及健康，延伸操作人员的可操作范围、大大提高作业效率，从而减少事故发生及经济损失。因此动作灵活、功耗小、横向通过空间小的微型管道机器人的研究与开发具有很高的实用价值和学术价值。本文针对能进入22±1m宽度管道内部作业的微型管道机器人系统，开发了高效率、低功耗的仿生自

2、激驱动的微型管道机器人，并进行了建模、设计、自激驱动控制的理论和实验研究。首先，概括了管道机器人驱动技术的应用前景、发展趋势和研究现状，评述了管道机器人各种驱动方式的性能特点。其次，受足类动物自稳定性运动的神经驱动控制机理启发，提出了在共振频率附近自激振动的驱动方式，以实现效率高、功耗小的设计要求。根据自激振动的反馈特性，判定了管道机器人为自激振动。自激驱动的研究为揭示蠕动的本质和复原蠕动提供了依据。第三，运用磁路的等效电路原理，进行了直动式电磁螺线管有分支的恒定磁场磁路分析。应用ANsYS对电磁螺线管进行磁路分析和优化，完整地分析了电磁螺线管的

3、电磁吸力特性、工作特性、发热和电流密度等静态特性。这对设计和优化电磁螺线管有着重要的意义，分析和优化过程可推广应用到各种电磁驱动器的设计和分析中去。第四，结合管道机器人自激振动过程，建立了分阶段的白激振动动力学模型。运用数值计算理论对自激振动模型，进行动力学计算机数值仿真，验证了管道机器人的自激振动频率在共振频率附近。管道机器人能量机制的研究证明了自激振动的稳定性。研究为有效可靠地利用自激振动、提高系统效率、减少功耗提供了依据。第五，设计了有防颤振、误动作措施的管道机器人控制系统，构成了带振动量反馈的管道机器人自激振动闭环系统。实现了管道机器人的

4、前进和后退。V上海大学硕士学位论文最后，设计制作了管道机器人的原理样机。对样机实验表明，管道机器人前进、后退切换灵活，速度是普通开环蠕动式管道机器人的7．8倍，实现了预期的高效、低功耗设计要求。其最大速度达6．6IIl／s，工作管道攀爬最大倾斜角度为55．59。，最大拖动载荷为O．74N。论文的研究成果为管道机器人的设计提供了新思路和理论参考，能够进一步促进管道机器人的实用化。关键词：微型管道机器人，自激振动，仿生，蠕动，电磁螺线管VI上海大学硕士学位论文ABSTRACT111eresearcha11ddevelopm朋tofmicmpipero

5、bot，whichcan疗eelywalk，maimaina11dinspect访Ⅱlefieldoftheindust嘞civil，medical，aIldpublicsecuTityminiaturepipesystelll，mayeffectivelypmtcctoperatorpersonalsaf文y卸dhealth，eXtendtherangeofopemtion，enhancemeworkefficiency孕eatly’Itrcducesaccidelltsa11dtheeconomicloss．Thercforemeresear

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