（终稿）管道爬行器的研究与设计（全套完整有CAD）

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《（终稿）管道爬行器的研究与设计（全套完整有CAD）》修改意见稿

1、“......总体装配体设计根据三维造型和各零件的设计，现设计出方案三总体装配图如图。图爬行器装配体工程图管道爬行机器人的功能分析根据管道机器人的机械部分的设计，要求这种伞型足的爬行器在管道中要完成前进，后退，转弯以及前伞，后伞的张开和闭合等动作，管道机器人在工作条件下需要有较强劲的动力，较好的可控性，能够在管道内确定自己的位置，来精确的定位的管道破损处定位系统，由机器人的位置来确定管道破损的确切位置。要求较小的体积以及较简单的电路。根据机器人的动作要求可以把管道机器人的动力源设计为由个电机来控制机器人的爬行前进，后退采用的动力驱动。由个电机来控制前后伞足的张开和闭合。根据前后伞足的张开和闭合，爬行机器人的转弯等，必须要求前后伞足的张开及闭合为独立事件，相互不干扰才能完成转弯时伞足的独立动作。管道爬行机器人的动作分析管道爬行机器人主要完成的动作有六轮的驱动前进，后退，调速。伞足的张开和闭合前后相对独立......”。

2、“.....由吊环进行机器人的姿态调整自适应。照明管道中十分黑暗，摄像头摄像，必须有照明设施。电气控制基本元器件的选取基于以上电气运转控制及顺序制动的问题分析，根据管道机器人的使用特点和工作条件，要求方便，安全，可靠，性能优越，价廉，适用于复杂的环境条件，体积小，重量轻，可控性能好等，可对元器件进行如下选取.电机的参数计算与选取驱动轮电机的参数计算通过对机器人的三维实体建模，以及材料的选取，通过已知密度进行零件分析，查阅资料综合算的爬行器的总质量为通过查阅相关资料查得橡胶与钢之间摩擦系数为.，则取实际计算摩擦系数为最大功率轮子承受的压力为机器人的重力与机腿张开时产生的管壁压力为机器人的重力，为机腿对管壁的压力由于工作时，机腿张开的幅度不同，所产生的压力也不同。为了安全和电机满足设计要求的目标，机腿张开对管壁的压力可取倍的重力。即根据牛顿第定律，牛顿第二定强验算自锁自锁条件，对于单线螺纹，为当量摩擦角等于。则自锁条件满足。螺杆强度计算螺杆工作时承受轴向压力或拉力和扭转的作用......”。

3、“.....又有切应力。因此，校核螺杆强度时应根据第四强度理论求出危险截面的计算应力，其强度条件为式中螺杆所受的轴向压力或拉力，单位为螺杆螺纹小径，单位为螺杆所受的扭矩螺杆材料的许用应力，单位为。则螺杆材料的许用应力查机械设计手册表.知，故螺杆强度满足。螺纹牙强度螺纹牙宽度螺杆的强度校核螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。如果将圈螺纹沿螺母的螺纹大径单位为处展开，则可看作宽度为的悬臂梁。假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为，并作用在以螺纹中径单位为为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面的剪切强度条件为螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为式中螺纹牙根部的厚度，单位为，对于矩形螺纹，.，对于梯形螺纹，.，为螺纹螺距弯曲力臂，单位为螺母材料的许用切应力，单位为，见机械设计表螺母材料的许用弯曲应力，单位为，见机械设计表.抗剪强度其中查机械设计表并计算得.抗弯强度其中查机械设计表经计算知。丝母的强度校核.抗剪强度其中查机械设计表知。.抗弯强度其中查机械设计表知。故丝母强度满足......”。

4、“.....螺母工程图如图。图螺杆工程图图螺母工程图选择联轴器联轴器是机械传动中重要的轴系部件。主要用来联接两轴有时也实现轴与其它转动零件的联接，使之起转动并传递运动和动力。两轴用联轴器联接，只有停机并经拆卸才能分离采用联轴器可把整机分成若干部件，便于机器的设计制造装拆及运输联轴器大都已标难化系列化，因此主要问题是如何合理选择。因输出输入端均为。故选择型弹性套柱销联轴器。选择键键是机械传动部分的动力传递图机身内部三维图.进给螺杆与螺母的设计为使机腿伸缩，采用螺旋传动，该类型传动是利用螺杆丝杠和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。在爬行器中其工作原理为进给螺杆在电动机的驱动下，进行回转运动。从而使螺母进行水平移动。螺母用来推动机腿的伸缩，使爬行器进行自适应伸缩如图。图丝杠螺母运动简图.吊篮的设计吊篮的活动关节采用圆柱销，采用间隙配合，以保证吊篮的左右移动。其机构图如图，。其工作原理为，在重力的作用下......”。

5、“.....活动关节由活动销联结。吊篮通过螺母固定在机身上。图吊篮三维图图吊篮示意图.机腿的设计机腿的三维造型如图图机腿三维图机腿通过关节的伸缩进行自适应调节。连接杆与推动盘连结。连接杆与关节采用铰接。为适应管道最大内径的调节，关节尺寸为，关节尺寸为，关节尺寸为。.方案二的分析优点能够采用伸缩杆适应大范围管道内壁直径变化，“伞”型结构能够适应管道内定范围的转弯，牵引力大，结构紧凑，控制简单。缺点由于机身为个圆筒整体，过长，不能完全适应弯道的转弯。吊篮安装在机身内部，安装复杂，并且吊篮在内部，不能采用摄像头观察管道内壁的情况。机身的制造复杂，孔系较多。方案三的设计与分析根据方案，二的优缺点，综合整理资料，经过反复修改，提出新的设计思路，先设计出方案三，如图。本方案有部分组成，机身机腿驱动轮。图方案三的三维图.机身的设计机身主要有两部分构成，即前机身和后机身，对于管道内转弯的为题，我们可以借鉴火车的节装结构，设计出有两节机身组成的机车型爬行器，减小机身长度，有利于机器人顺利通过弯道，为减轻重量......”。

6、“.....机身组成结构爬行器爬行最小内径通过吊篮式调节，摄像装置始终保持与水平面平行图吊篮式的实现采用新式吊篮进行调整根据吊篮的原理，结合鲁班的榫卯结构，可以采用个偏心圆环相扣，进行重力自由调节，其原理如图如图小环直径为，大环直径为，大环与小环相切，小环的转动并不能带动大环的转动，并且大环会由于重力的作用始终与地面保持平行。可以在大环上安装照明器件和信号采集器件，是它们能够与地面保持平行。根据这种思路，可以造型，进行新式吊篮调节如图,图。.自适应分析伸缩臂长和加弹簧方式大范围内径变化在支撑臂上添加变长杆，小范围内在支撑臂上添加弹簧。伸缩臂长和“伞”型摇杆在大范围内的管道中爬行，可通过使支架伸缩来改变。在管道直径改变不大处爬行，十字型丁字型等较复杂管道内径时可通过“伞”型摇杆闭合控制支撑臂移动以适应，通过“伞”型摇杆与伸缩杆的结合就可以变换出很多适应不同管道内径的条件。以上方案各有其优点，相比较下，第种方案更符合要求，但其需要独立的驱动单元，因此制造成本远高于第种方案。在普通情况下，第种方案足可以适应......”。

7、“......方案的基本确定通过以上分析，初步确定采用有线拖拽式，但姿态调整和自适应均存在种不同的方案可供选择，故设计种总体方案再进步分析。方案姿态调整采用关节调节，自适应采用变长杆和弹簧。方案二姿态调整采用吊篮方式，自适应采用伸缩臂和“伞”型张合结构。方案三姿态调整采用新式榫卯吊篮方式，自适应采用伸缩臂和“伞”型合构。方案的设计与分析综合设计方案如图.本方案基本有部分组成，机身机腿驱动轮。图方案的三维效果图.机身的设计可装载各种探测设备等，如图。图机身.机腿的设计由部分组成，其三维图与爆炸图如图。机腿可分为个单元伸缩单元变长单元关节单元。通过螺纹连接。其爆炸图如图。三维转配图如图。另方面石油天然气化工电力冶金等工业的管道工程大多采用焊接管路。为了保证焊接管路的焊接质量和运行安全,管道工程都要对焊缝进行检测,检测焊接部位是否存在虚焊漏焊伤痕等焊接缺陷。常用的焊缝检测方法是采用无损检测,如超声射线涡流等。对于管路检测,则大多采用管道内爬行探伤检验设备简称爬行器对焊缝进行射线检测......”。

8、“.....大多结构十分紧凑。在检测过程中,爬行器在其控制系统的控制下,可连续对同管道不同位置上的焊缝质量进行检验。考虑管道焊缝检测的效率,常常当管道焊接具有定长度之后,才集中对管道进行检测。如果次要检测的管道比较长,爬行器的控制系统应采用车载式布置。使用时,通过外部的控制器对爬行器上的控制系统发出指令,决定爬行器的工作状态。随着机电体化技术的发展，以及机器人技术的发展和管道测试等技术的进步发展，相互之间的渗透程度越来越深，管道爬行机器人是在狭窄空间中进行精密操作检测或作业的机器人系统。其中机器人的作业环境般是危险的。火力发电厂核电厂化工厂民用建筑等用到各种各小管道，其安全使用需要定期检修。但由于窄小空间的限制，自动维修存在定难度。仅以核电站为例，检查时工人劳动条件恶劣。因此管道内机器人化自动检查技术的研究与应用十分必要。人们不再为了维修维护管道时挖开道路，节省了大量的人力，物力和财力。目前的管道机器人都是以履带轮子等实现在管道中的移动，其技术有着或多或少的缺陷，市场尚不成熟......”。

9、“.....运行中姿态的调整不够理想，在十字型丁字型等较复杂的管道内径中不能较平稳的通过等等结合目前管道机器人所存在的缺点，应用机械设计机械原理等专业知识，设计出了新型管道爬行机器人。此机器人可实现大范围内的管道内径变化，顺利通过十字型丁字型等较复杂管道在运行中的姿态调整也得到了较好的解决。设计方案初步分析.无线控制与有线控制的选择有线控制及拖拽该方式采用机器人尾部装夹电缆信号线安全绳其他电路等等，这样会造成机器人的牵引力增大，对爬行器的负载力和足轮的摩擦力提出了更高的要求，尤其是随着机器人的深入，牵引绳会成为机器人的累赘和枷锁。管道,爬行,研究,钻研,设计三维,毕业设计,全套,图纸本科毕业论文设计论文题目管道爬行器的研究与设计学生姓名所在院系机电学院所学专业机械设计制造及其自动化导师姓名完成时间摘要本课题是在对管道爬行器的结构和运动研究分析的基础上。本次设计在的基础上构建管道爬行器的若干套三维造型，然后依据要求进行选择。最终方案采用列车连接结构,伸缩结构和“伞”型结构......”。