（全套CAD）管道爬行器的研究与设计（终稿）

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《（全套CAD）管道爬行器的研究与设计（终稿）》修改意见稿

1、“.....观察结束时，可人工使用安全绳退出。非拖曳该方式不需跟随电缆线，本身有拍摄存储功能，并且本身携带电源等，其优缺点如下缺点爬行器本身载重加大，需设计爬行器退出管道方式等。优点爬行器载重恒定，便于爬行器爬行。其在管道内行进方便，尤其在弯道时，拖曳式的过大的牵引力会使爬行器驱动轮打滑，不易通过。根据要求，非拖曳虽有自己强大优点，但爬行器在管道内出现问题而不能移动时，需要花费很大力气将爬行器取出。可以选择有线拖拽式。.驱动方式选择根据设计要求现拟订种爬行器驱动设计方案如图，图轮式爬行图履带式爬行轮式爬行设计制造简便，成本低廉。但其穿越障碍能力差，只能穿越高度小于其本身半径的障碍物。如图。图轮式爬行越障履带爬行越障碍能力高于轮式爬行，但本身设计制造较复杂，成本相应提高个支点最少需轮才可以爬行。根据设计要求本机器人是在管道内行走的机器人，无需考虑台阶等障碍物的问题，尽量降低成本，在不影响设计本身功能时，尽可能采用制造工艺简单，成本低的设计方案。可以采用轮式爬行。.姿态调整的选择根据要求结合可行性......”。

2、“.....可用倾斜传感器进行控制。现拟订采用改变轮子履带前进方向定角度来进行矫正加关节。其原理为通过电磁铁的吸合，从而控制爬行器的爬行轨迹。关节单元装配图如图图关节调节通过关节调整可实现如图图关节调节的实现利用吊篮方式进行调整在爬行器内安装吊篮内置摄像观察装置。当爬行器偏斜时，吊兰因为和机座为铰链连接，保留个自由度，由于重力的原因不会随着爬行器偏斜而偏斜，而是在任何时候都垂直与地面。其在爬行器内遇到倾斜时的自动调节如图。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，以适应管道内部的弯道和大范围内径变化管道。通过电气控制......”。

3、“.....通过新型吊环的调节始终保持摄像装置与水平面的平行。对管道爬行器的控制要求，采用常规的电气控制分析方法设计电气部分的控制电路，最终方案采用人工控制电机的顺序动作进行管道内的转弯，里程计反馈信息与管道工程图相结合的方法来进行爬行器的定位。为研究管道爬行器打下了定的基础。关键词自适应性，伸缩结构，内径变化，新型吊环，态调整的选择加传感器的关节进行调整利用吊篮方式进行调整采用新式吊篮进行调整.自适应分析伸缩臂长和加弹簧方式伸缩臂长和“伞”型摇杆.方案的基本确定方案的设计与分析.机身的设计.机腿的设计伸缩单元变长单元关节单元.驱动轮的设计.方案的分析方案二的设计与分析.机身的设计.机身内部传动结构设计.进给螺杆与螺母的设计.吊篮的设计.机腿的设计.方案二的分析方案三的设计与分析.机身的设计.机身内部传动机构的设计进给丝杠和螺母的设计选择联轴器选择键.吊环的设计.轴承的设计.机腿的设计.驱动轮的设计.管道爬行的实现.管道内路口转弯的实现......”。

4、“.....电机的参数计算与选取驱动轮电机的参数计算主电机参数计算机器人动力源的选取.电源的选取.电机调速元件的选取串联电阻调速方法的实现新型调节脉宽型调速的实现电机调速方法的确定及元件的确定电路设计.轮足电机动作的正转与反转的电路设计.前后伞足的张开闭合电路设计.电机部分总电路设计.电机顺序动作的电路设计人为控制逻辑控制单片机进行自动控制.照明系统的电路设计.管道内机器人定位系统的设计爬行器管道内定位方案的提出与分析机器人定位系统部件的选择与设计结论结束语致谢参考文献绪论随着社会的发展和人民生活水平的提高，天然气管道以及各种输送管道的应用越来越多。在我国及世界各个国家内，由于地形的限制和土地资源的有限，在地下都埋设了很多的输送管道，例如，方面天然气管道石油管道等，在埋有管道的地面上都已经建成了很多的建筑物公路等，给管道的维修和维护造成了很大的困难。当这些管道由于些原因造成了泄露堵塞等问题时，人们普通的做法是挖开道路进行维修......”。

5、“.....会浪费很多的时间和精力，同时降低了工作效率。制过程框图如图。程序中控制由现场工作人员控制，通过对机身电机的控制，以实现机腿的伸缩。这里只是叙述了爬行器前半身过复杂管道的控制过程图，再后半身过复杂管道时，基本类似，故不在赘述。机器人的电气电路控制设计将在本文的第六部分进行阐述。.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......”。

6、“.....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。管道中的转弯动作顺序前伞足闭合后伞足前进前伞足打开后伞足闭合前伞足前进后伞足打开。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......”。

7、“.....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。吊篮通过活动关节始终保持与地面的水平。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。......”。

8、“.....“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，机身材料选用硬铝。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......”。

9、“.....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。故再做出三维造型后进步进行运动分析。.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......”。