人的宽度满足的情况机器人的宽度小于管径的半，为管径机器人的宽度大于管径的半或小于管径，。

本设计符合条件，在情况下，由公式得。

得最大为。

所以本设计满足条件。

差速器的设计图差速器示意图轮式管道机器人在弯管中运行时，由于管道环境的强制作用，管壁对驱动轮的反作用力不再相等，从而要求轮式管道机器人过弯和汽车过弯时样，能够实现轮间差速运行。

差速器是能使同驱动桥的左右车轮或两驱动桥之间以不同角速度旋转，并传递转矩的机构。

轮间差速器的功用是当机器人转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右驱动轮以不同的转速滚动，保证两侧驱动车轮作纯滚动。

齿轮式差速器有圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种。

在这里我们选择圆锥齿轮差速器。

图为差速器示意图。

为保持前后轮传动比致，差速器传速比差二。

行取输入轴锥齿轮入二，盘二，为简化计算，差速器行星轮和太阳轮齿数选为相同行二太二。

计算行星轮的参数取模数为，压力角用推荐压力角。

由得分度圆直径二由得齿顶高二由行得齿根高二则，齿全高二二。

由得锥角行二由行行行行得齿顶圆直径行二由行行行行得齿根圆直径行二齿轮宽度行二。

计算齿根弯曲疲劳强度。

由公式其中为许用弯曲应力为弯曲疲劳极限为弯曲寿命系数，选取二为尺寸系数，选取二为弯曲最小安全系数。

行星轮材料为，硬度平均为，选取二。

得计算实际齿轮弯曲应力。

由得当量齿数由其中为由合齿轮当量齿数，得端面重合度。

由得重合度系数。

由得齿间载荷分配系数。

取齿向载荷分配系数，使用寿命，动载系数。

则由得载荷系数。

有直流电机传递到齿轮上的转矩为•变•联差差其中差为差速器输入转矩差为差速器输入转速。

得差二•。

由得重合度系数。

由主其中齿形系数二应力修正系数齿宽系数比二。

得应力二，由此，齿轮可以使用。

差速器输入轴直齿锥齿轮以及锥齿轮盘的参数见表表锥齿轮的基本参数齿数参数输入轴锥齿轮锥齿盘模数齿数齿厚分度圆直径齿顶高齿根高齿顶圆直径锥角。

根据上述方法对输入轴锥齿轮以及齿盘进行弯曲疲劳校核，齿轮符合使用条件。

前后轮选用相同电机和减速器。

差速器的圄定由于差速器齿轮由合需要加注润滑油进行润滑。

因此在本设计中对差速器设计了齿轮箱对润滑油进行收贮。

差速器的两根输出轴分别两端由轴承圄定，侧由轴承座将轴承圄定在机器人侧面箱体上。

靠近齿轮侧，由轴承座将轴承圄定在齿轮箱上，保证齿轮轴的强度。

轴的设计校核机器人动力系统中，传动中用到了三根轴，进行后轮驱动轴的设计校核。

后轴的受力分析如图图其中为车轮支承力为轴承水平支反力为轴承坚直面内支反力为齿轮施加径向力为齿轮周向力为轴承水平支反力为坚直面内轴承支反力为车轮支承力。

求出各支反力后做水平及坚直方向上弯矩图，再由公式其中为轴的当量转矩为应力校正系数，取二为轴上承受转矩。

由公式其中为各截面当量弯矩为各截面弯矩为各截面当量转矩。

做出当量弯矩图后可知，两轴承处截面为危险截面。

左侧轴承截面处当量弯矩最大为二•，为危险截面。

由公式其中为许用应力值，取二。

得二。

前轮驱动轴受力类似，长度比后轮轴短，此处校核省略。

管道机器人供能系统设计发电机的设计选择为了给机器人持续提供动力，在机器人上设计了发电机构。

天然气管道中有天然气的快速流动。

可以利用天然气所具有的动能进行发电。

天然气比重约，以建成的西气东输工程为例，管径为，最高输送压力为，年设计输量为亿立方米年。

管道中风力足够带动发电机叶片进行能量提供。

在机器人设计中，为例充分利用风能，必须保证风力发电机能道机器人功能机构设计机器人的功能主要实现为管道壁的清扫以及厚度检测，各功能由机器人的功能机构实现，功能机构主要分为三大部分定心机构，清扫机构以及探测机构。

定心机构的设计机器人功能机构全部都是旋转机构，必须要求能够使功能驱动机构的旋转轴与管道中心重合，为此，在本设计中设计了定心机构。

定心机构设计原理为通过与同个齿轮相由合的三个齿条，实现中心轴的定心。

由于齿轮圄定在中心轴上，三个齿条与齿轮相由合，当齿条向外伸时，三根齿条必然同步向外伸，保证齿条顶端随动轮与管壁相接触，当齿条伸出时，调整升降机高度，调整动作机构轴心高度。

当确定动作机构的中轴位置后，用定心机构底部圄定螺钉紧圄齿条，使齿条圄定。

从而保证定心机构的轴心能够总是处在三个随动轮所确定的圆的圆心位置处，由此保证了动作机构的位置精度。

确定中心处齿轮的参数为模数定二齿数定二，齿宽定二分度圆直径定二齿轮内孔直径孔二。

由于定心机构中，齿轮的转动为低速运动并且转动次数有限，因此，此处没有设计安装轴承。

由此，必须要求齿轮内孔与结合面表面加工质量较高，粗糙度数值较小，且在机器人的日常使用维护中保持润滑状态。

清扫机构的设计机器人的清扫机构是为了保证管道内无污物附着，保证管道运输效率。

清扫机构的组成由支杆，伸缩架以及毛刷组成。

为了保证机构各个清扫臂能够全面清扫管道内壁，所以将清扫机构与定心机构同轴安装。

支架由截面为六边形的钢杆制成，其由螺钉圄定在轴套上，另侧与伸缩架安装，支架上有沟槽，伸缩架上的圄定螺钉能够沿沟槽进行伸缩后到调整位置圄定。

伸缩架另端装毛刷，借助旋转运动完成管道内壁的清扫工作。

测量装置的选择与设计在本机器人设计中要完成的另个预定功能为对管壁的测厚工作。

在管道使用过程中，因为使用时间的变长，管道壁会因为腐蚀等其他因素产生破坏，为防止管道壁出现破损，根据管道壁厚的变化及时监测出来，可以防止出现泄露事故，预防经济损失的出现。

在本设计中，监测方法选用超声波监测。

超声检测器是利用超声波透射技术，也就是通常的超声波脉冲回波测厚技术。

在外腐蚀的情况下，管壁内的渡越时间减少，据此可对材料损失进行直接定量测量。

超声检测器的优点是伴随着高精度显示出无特定的管壁厚度上限，检测精度几乎与壁厚无关。

可直接测量管道壁厚，由于直接线性壁厚测量，可得到可靠的深度尺寸。

在这里，选取了科萨电子有限公司生产的型超声波测厚仪。

其特点为是智能型超声波测厚仪，采用最新的高性能低功耗微处理器技术，基于超声波测量原理，可以测量金属及其它多种材料的厚度，并可以对材料的声速进行测量。

可以对生产设备中各种管道和压力容器进行厚度测量，监测它们在使用过程中受腐蚀后的减薄程度，也可以对各种板材和各种加工零件作精确测量。

具体参数，见表表型超声波测厚仪参数序号项口数值测量范围声速范围分辨率示值精度工作电压持续时间续表外形尺寸主机重量注表中为被测物实际厚度超声波探头由于要贴近管壁较近距离，因此，超声波测厚仪的探头安装在定心装置的齿条末端。

为防止探头接线缠绕在转轴上，因此需采用无线探头。

管道机器人的定位管道机器人在工作过程中，必须测量出管道缺陷处的准确位置，因此必须进行管道机器人的定位。

目前己有几种管道内机器人的定位方法。

基于基于视觉传感器检测管道缺陷以及实现精确管内定位的方法己广泛应用于开发油气管道检测设备，但对于本设计中管道机器人，该定位方法要依靠拖缆传送视频信息，其作业范围有限，因而不符合本设计中管道机器人要求。

利用焊缝定位机器人位置。

由于输送管道通常是由标准钢管焊接而成，焊缝可用于标识管道的粗略位置，因此可以利用超声波传感器探测管道中的焊缝，实现管道机器人在管道内的粗略定位。

其方法为从管道的起点到缺陷所在钢管，管道中的每条焊缝代表了根钢管长度的相对距离，利用机器人上超声波传感器对焊缝管道中的焊缝计数，实现机器人在长距离管道中的粗定位。

结果分析与讨论本气体输送管道机器人的设计可以实现预先制定的气体管道内的清扫以及管壁厚度的检测工作，基本可以完成预先规划，完成对气体输送管道的保养及破损的预测。

可以利用气体的流动能量延长自身的工作时间。

能够通过功能部件的升降实现针对不同管径的气体输送管道的清扫检测工作，以实现该机器人的多范围应用。

在本设计中，还应注意些问题。

该管道机器人应用于可燃气体输送管道中，为防止在出入口处可燃气体与空气混合位置因为电火花而产生爆炸，必须要求机器人的密封性良好，防止事故的发生。

本机器人的设计中，应用的超声波探测器为外购件，超声波探头为有线连接，不能够直接应用于机器人中，因此，必须对探头以及超声波测厚仪本体之间进行无线改装以满足本设计要求。

在本机器人设计中，功能部件全部集中在升降机构上部，过于集中，在本设计中没有能够改进。

其次，在本设计中，仍存在空间冗余，结构不合理，可靠性未充分验证等缺陷，因此，希望能够有机会对设计方案进行充分的结构优化和改进。

在设计中，控制系统是十分重要的部分。

它要求能够对机器人的行进进行有效的控制和监测，能够控制执行机构的动作，完成所有预设功能的完成。

本设计中，没有进行控制系统以及信息处理系统的设计，因此超声波测厚仪的检测结果的储存处理传输没有进行设计，这是本设计中因为时间关系而没有进行的工作。

由于本设计没有进行实体的制造和实验，因此可靠性以及可行性没有能够进行充分的证明。

结语本次的毕业设计是充分利用四年所学知识的次实践。

在设计中提出来具体的要求并对之进行设计和改进，在此次的设计中，是要实现预定的气体管道的维护和监测。

在这次的设计中，我尽可能的查阅资料，进行方案的制定和设计，形成自己的想法并加以实施。

但是，必须承认个人在现阶段的能力有限，在具体细节方面经验不足，方案设计中仍有缺陷，这也是现阶段无法改变的地方。

但是，预先要求的功能，在本设计中基本得到了实现，设计的方案存在自身的可行性。

在本次设计中，很多知识的应用显示了自己的不足。

在本次设计中，只是进行了结构上的设计，未涉及到控制单元的设计构造，因此设计显得不够完整。

在本设计中，没有应用到液压部件，而其是现在的机械设计中经常用到的设计方法之，因此本设计也显得略有不足。

总之，本设计在基本完成了预设功能后，在细节方面仍存在改进的空间。

参考文献百度网天然气管道严铭卿，盔亢琪，黎光华天然气输自技术北京化学工业出版社，杨国量，等城市排水管道自动清淤检测机器人设想方案中国市政工程二二二郭凤，许冯平，邓宗全，彭敏管道机器人弯道处驱动力研究机器人，钱晋武，李毅，沈林勇柔软管道中机器人蠕动机构研究机械与电子，黄珊秋机械设计课程设计北京机械工业出版社，吴洪冲，雷秀管道机器人弯道通过性的分析机械制造与研究邱宣怀，郭可谦，吴宗泽等机械设计北京高等教育出版社，百度网汽车蓄电池的维护保养，力姆泰克公司网站系列普通齿螺旋升降机标