四轮全驱式管道机器人研究
本文选题：管道机器人 切入点：姿态调节 出处：《合肥工业大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：管道广泛应用于现代工业、农业及日常生活,但由于自身缺陷和长时间受到振动、重压、腐蚀等外部环境的影响,管道会不可避免地损坏,发生泄漏等问题。为了延长管道使用年限,保障管道运输安全畅通,必须定期的对管道进行检测与维修。而现有的管道检修机器人又大多姿态调节困难,避障能力较弱,弯管通过性能力较差。为了解决上述问题,本文提出了一种灵活性强,牵引力大,能快速调节姿态的四轮全驱式管道机器人,主要内容如下:1.结合管道检测机器人的功能要求与管道内部环境,提出四轮全驱式管道机器人的总体设计方案,完成机器人驱动机构、支撑机构和转向机构等的设计;2.建立管道机器人在不同状态下的动力学模型,分析机器人的牵引力和封闭力等力学特性;确定机器人的运动轨迹方程和转向速比;分析机器人管道内自转体机制,提出相应的抑制方法;3.建立支撑机构的优化模型,对支撑机构的参数进行优化;构建管道机器人的仿真环境,并进行最大牵引力,弯管通过性,姿态调节与避障的虚拟仿真;4.构建管道机器人控制系统,包括硬件系统和软件系统的设计。硬件系统设计主要包括控制芯片、电机、驱动器等选型以及周围硬件电路设计;软件系统设计主要包括运动控制系统和通信系统设计以及人机交互界面的设计。5.研制管道机器人样机,并搭建试验平台,进行最大牵引力测试,验证机器人的弯管通过性和越障能力等。通过对实验数据的分析,对机器人的实用性、可靠性等指标进行评估,提出改善方案。
[Abstract]:Pipes are widely used in modern industry, agriculture and daily life, but due to their own defects and long time by the vibration, heavy pressure, corrosion and other external environment, pipeline will inevitably damage, In order to prolong the service life of the pipeline and ensure the safety and smooth transportation of the pipeline, it is necessary to inspect and maintain the pipeline on a regular basis. However, most of the existing pipeline maintenance robots are difficult to adjust their posture, and the ability to avoid obstacles is relatively weak. In order to solve the above problems, this paper presents a four-wheel full-drive pipeline robot with strong flexibility, great traction and fast attitude adjustment. The main contents are as follows: 1.Under the functional requirements of the pipeline detection robot and the internal environment of the pipeline, the overall design scheme of the four-wheel full-drive pipeline robot is put forward to complete the robot driving mechanism. The design of supporting mechanism and steering mechanism. 2. Establish the dynamic model of pipeline robot in different states, analyze the mechanical characteristics of robot, such as tractive force and closed force, determine the trajectory equation and steering speed ratio of the robot. This paper analyzes the mechanism of the robot's self-rotation in the pipeline, and puts forward the corresponding suppression method. 3. The optimization model of the supporting mechanism is established, the parameters of the supporting mechanism are optimized, the simulation environment of the pipeline robot is constructed, and the maximum tractive force is carried out, and the passage of the bend pipe is achieved. Virtual simulation of attitude adjustment and obstacle avoidance. 4. Design of pipeline robot control system, including hardware system and software system. Hardware system design mainly includes the selection of control chip, motor and driver, and the design of surrounding hardware circuit. The software system design mainly includes motion control system, communication system design and man-machine interface design. 5. The prototype of pipeline robot is developed, and the test platform is built to test the maximum tractive force. Through the analysis of the experimental data, the practicability and reliability of the robot are evaluated, and the improvement scheme is put forward.
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242
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，本文编号：1595767
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