关键词:
自适应
管道机器人
有限元分析
动力学仿真
摘要:
管道作为我国极为重要的运输载体,给我们的生活带来了巨大的经济效益以及极大的便利。但随着管道长时间的使用,会随之产生一系列问题,需要定期对管道进行检测和维护,而人工作业往往具有效率低等缺陷。本文针对具有弯道、变径、坡度和障碍物的中大型管道环境,设计了一款管径自适应履带式机器人。
机器人以履带式驱动作为机器人的进行方式,由弹簧和滑块连杆机构组成的自适应模块可以使管道机器人在管道内的平稳运行。管道机器人对直径400mm到600mm的管道有很好的适应性,并可以通过具有弯道、变径管接口以及斜坡的管道,且机器人在工作过程中具有良好的越障和机器人姿态调整的能力。
通过Workbench建立了管道机器人不同工作姿态下的有限元模型,得到机器人关键零部件所受到的应力、应变云图,以验证机器人结构的强度和刚度满足设计要求。并对管道机器人整体结构进行了模态分析,以防止电机频率与机器人固有频率相近而引起共振。
对履带式管道机器人的过弯能力以及越障能力进行了动力学分析。使用Adams多体动力学仿真软件建立管道机器人的虚拟样机,并对管道机器人分别在直管、弯管、斜坡管道、障碍管道以及变径管道中进行了动力学仿真,分析了机器人通过这些管道的姿态、速度以及所需的电机扭矩,验证了管道机器人设计的合理性,并为物理样机的搭建提供了参考依据。
最后,在管道机器人运动分析和仿真的基础上,搭建了管道机器人的物理样机并进行了相关实验。机器人可以在管道内顺利行进,并且可以按设计要求完成变径、爬坡、越障等各项运动,运动过程平稳且可以达到预期的运行速率。