一种适用于管道机器人的新型螺旋驱动器.pdf

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1、第37卷第1期化工机械83一种适用于管道机器人的新型螺旋驱动器苏毅+易方李著信张涛(中国人民解放军后勤工程学院)杨玉琦(中国人民解放军军事交通学院)摘要基于管道机器人自主驱动的工作原理，研制出一种可实现跨空驱动、弯道引导和转向驱动等自适应控制功能的单轴双驱动新型轮式螺旋管道机器人驱动系统。通过对新型驱动器在特殊管道的越障性能和自定心性能进行分析计算，提出了验证该驱动器能够较好的适应非开挖小12'径管道检测环境和工作要求的奈件，为研发驱动能力强、越障性能好、有良好的驱动定心性能的小口径管道机器人提供了理论依据。关键词螺旋驱动器越障性自定心性管道机器人中图分类号TQ

2、055．8文献标识码B文章编号0254-6094(2010)Ol-0083-04管道机器人要实现自主驱动，必须解决好驱动能力、越障性能和驱动质量等技术问题。设计管道检测机器人的驱动系统，不仅要考虑驱动能力、驱动质量，还应考虑其处于不同管道环境下的工作适应性。不同用途、不同环境的管道机器人，其驱动的方式、特点和要求各不相同。因此，根据各种机器人的具体用途，有针对性开发出适应性强、工作性能好和结构精巧的机器人驱动器十分必要。新型单轴双驱动螺旋驱动器是一种适于小口径管道检测机器人自主驱动系统，由于其驱动原理及其结构特点，使其具有较强的驱动能力和特殊管段的通过能力。1新

3、型螺旋驱动器及其工作原理新型螺旋驱动器(图1)采用单轴双驱动的方式，所谓单轴是指运动与动力仅由电机轴同轴输出，而双驱动则是指电机前后各装一个螺旋牵引轮组，实现前后组合牵引⋯。该驱动装置采用直流电动机作为动力驱动源，为获得较低的输出转速，电机前后两端装有行星减速器；牵引采用单轴双螺旋牵引轮组，两螺旋牵引轮组分别装于电机前后两端的减速器输出轴上，为防止结构误差带来不同步的于涉阻力，前后轮组设置合理的微调间隙自动进行补偿；电机外壳装有电池组，前牵引·苏毅，男，1957年2月生，教授。重庆市，400016。轮组前端设有弯道引导轮，检测设备与后牵引轮组之间通过滚动轴承实现

4、动静连接，电机中部装有支撑轮组，各部分的联接轴均采用挠性弹簧钢丝轴，所有的轮组均为弹性支撑，后牵引轮组尾端还设有万向节，以便连接其他设备。图l新型螺旋驱动器结构原理图l——引导轮；2——挠性钢丝轴；3——前牵引轮组；4——行星减速器；5——电机外壳及电池组；6——支撑轮；7——行星减速器；8——后牵引轮组；9——挠性钢丝轴；lO——滚动轴承工作状态电机通电，电机转轴通过减速器带动螺旋牵引轮组转动，轮组中的轮子在预设弹力的作用下紧贴管壁，由于轮子的轴线与管道轴线有一倾角JB，在驱动力及摩擦力的作用下轮子在管内壁上升角为卢螺旋运动，牵引轮组在周向转动的同时也牵引机器

5、人轴向移动；前端的引导轮84化工机械2010年与牵引轮装于同一支架上，轴线也与管道轴线有一倾角口，其回转外径小于牵引轮组的回转外径，在直管段中不接触管壁，过弯道时，在它的引导力作用下，牵引轮组会沿其引导方向平稳转向，并保证牵引轮组转动平面垂直于管道轴线，大大地提高弯道处的驱动效率；电机中部的支撑轮组的轮子是顺着管道轴向转动的，不仅起到支撑的作用，而且还利用轮子与管壁产生的摩擦力，限制电机外壳的周向转动；由于联接轴均采用挠性钢丝轴，从而使整个系统成为具有一定支撑刚度的柔性系统，增强了适应性与通过性；为防止牵引轮组的转动牵动后面其他部件转动，在后牵引轮组末端装设滚动

6、轴承，实现动静联接。2越障性分析管内的障碍主要是指弯道、三通以及管件连接处出现的凸台和凹坑等，要顺利通过这些特殊管段的障碍，对驱动器的行走方式和结构原理提出了更高的要求忙’31。对于三通，主要是机器人本体满足一定尺寸要求即可顺利通过，本文主要讨论驱动器通过弯道及凸凹障碍状态。2．1通过弯道管道中的弯道最常见的是弯头，管道机器人的弯头通过能力主要受到3个方面的制约，一是机器人的外部尺寸，即外径与长度，二是行走机构的自适应性，三是牵引轮组的通过姿态。驱动器在弯道处通过情形如图2所示。由于与管道间的位置关系是同心，机器人驱动器与弯管必须满足下面的几何约束关系Ho：图2

7、驱动器与弯管几何关系o≤d．≤望!竺!竺=兰墨!l!二!!!堡2COSaL⋯=、厅砑■百i万巧=孑了(1)n=a⋯(刍)￡。。。表示在一定的弯道尺寸和单元体直径的条件下机器人单元体能通过弯道的最大长度。牵引轮前端设置的引导轮，在过弯道时首先接触弯道的管壁，在弯道的约束力和挠性轴的回复力的共同作用下，使牵引轮组的回转平面能基本保持与弯道的轴线垂直，确保牵引轮组处于良好的工作姿态"1。2．2逾越凸凹障碍管道中的障碍主要是指内壁凸台和凹坑，这些障碍可能是局部无序的，也可能是环状的，而单轴双驱动装置中两牵引轮组同时处于这种障碍环境的几率很小，因此可把这种障碍对驱动的影响

8、大大地降低。a．状态1b