MCR-Ⅰ型非包围式永磁吸附爬管机器人机构研究

发布时间：2020-08-21 02:26

【摘要】：石化行业中存在大量输送高温、高压、有毒介质的管线,桥梁建筑等行业中存在大量的管架、管状拉索,这些管线、管架需要定期的检修维护。检修维护工作通常由人工完成,人工作业存在高空作业、环境恶劣、效率低、误差大、成本高等问题,故迫切需要研发出能够攀爬各种管架并可以携带专业工具的爬行机器人代替人工作业。本文研究的永磁吸附爬管机器人采用非包围式抱紧结构,利用分散可调的永磁吸附机构实现管壁抱紧。利用四条轮臂驱动,四轮臂采用四连杆机构支撑,其轮臂张角可调,能够适应直径200mm-1000mm的铁质管道,应用范围更广。为了适应各种管道在不同位姿下的爬行且保持运动的灵活性,研究了机器人的吸附力连续调节机构。本文提出了爬管机器人的总体结构方案。完成了主体结构的设计,利用Solidworks软件进行三维建模。对主要受力构件进行有限元强度分析和变形分析。对爬管机器人在吸附性能要求最高的竖直爬行状态进行了受力分析,建立分散吸附力的计算模型。利用Ansoft软件建立磁吸附力连续可调的永磁吸附模块分析模型,通过仿真分析优化吸附模块的各主要尺寸。利用ADAMS软件建立爬管机器人虚拟样机模型,然后利用样机模型进行动力学分析,分别得出四个驱动轮正压力曲线和爬管机器人的速度曲线。建立爬管机器人基于单片机的控制系统。按照设计方案加工制作了爬管机器人样机实物模型,并分别对300mm管道和1000mm管道进行了、实际爬行实验,验证了、爬管机器人的吸附性能和爬行可行性,能够实现多管径爬行。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE65;TP242
【图文】：

高空作业

（c）高空喷漆（d）管道巡检图 1.1 常见高空作业爬管机器人发展现状爬管机器人是特种工业机器人领域的一个重要发展方向[7]，在石化工业、桥梁业生产中得到了较好的应用。在一些生产作业中，人工作业往往效率低、精性低，为了解决这些问题，上世纪 70 年代之后就有很多学者均投入大量的来开展相应的管外行走机构，80 年代后部分管外机器人开始进入市场投入

爬行机器人,机器人

（a）车轮式（b）履带式（c）并联机构式图 1.2 管外爬行机器人分类图 1.3(a)爬管机器人是由伊朗德黑兰大学针对高速公路上的路灯设计的，主要的清洁维护，该机器人为典型的环抱式结构爬管机器人[8]。该机器人成三点状，均匀分布三组抱紧轮，为了使抱紧轮与管壁有更好的接触，其将抱紧轮设计槽轮，为了抱紧的稳定性，每组抱紧轮上、下各分配一个 U 形槽轮。每组上两个抱紧轮之间通过具有一定预紧力的弹簧连接，通过调节弹簧的预紧力使三紧紧的夹紧管道，对一定直径范围的管道具有一定的适应性，但能够调节的范机器人下方轮子为驱动轮，通过带传动将电机的驱动力传递到驱动轮，从而使人沿着管道的母线上升或下降。

机器人,路灯

（a）车轮式（b）履带式（c）并联机构式图 1.2 管外爬行机器人分类图 1.3(a)爬管机器人是由伊朗德黑兰大学针对高速公路上的路灯设计的，主要用路灯的清洁维护，该机器人为典型的环抱式结构爬管机器人[8]。该机器人成三点状封环抱，均匀分布三组抱紧轮，为了使抱紧轮与管壁有更好的接触，其将抱紧轮设计成U 形槽轮，为了抱紧的稳定性，每组抱紧轮上、下各分配一个 U 形槽轮。每组上、下布的两个抱紧轮之间通过具有一定预紧力的弹簧连接，通过调节弹簧的预紧力使三组紧轮紧紧的夹紧管道，对一定直径范围的管道具有一定的适应性，但能够调节的范围小。机器人下方轮子为驱动轮，通过带传动将电机的驱动力传递到驱动轮，从而使爬机器人沿着管道的母线上升或下降。

【参考文献】