舰船管道检测机器人结构设计及其动力学特性研究

发布时间：2020-07-28 14:42

【摘要】：管道检测机器人是可以在管道内部行走并且搭配其他设备对管道内部进行检测并能将检测结果反馈给外界的一种机电一体化装置。管道检测机器人工作的环境多种多样,比如直管、弯管、变径管、U形管、T形管等,并且管道中时常会存在一些障碍物,管道检测机器人能够适应如此多种环境的关键在于它的行走方式和变径方式。当前的管道检测机器人存在机械结构比较复杂,变径能力弱,越障能力不足等问题。本文针对这些问题以及机器人的工作环境对轮式和履带式两种行走方式的管道检测机器人分别作出研究以期选择出相对较好的一种,并且摒弃了以往的平行四边形变径方式,采用对称变径方式,提出轮式管道检测机器人以及履带式管道检测机器人的整体研究方案,并对它们的变径能力与过弯能力作出理论分析,分析表明:所设计的轮式管道检测机器人能够适应内径为130mm—150mm的管道,当管道内径为150mm时最小转弯半径为280mm;所设计的履带式管道检测机器人能够适应内径为135mm—160mm的管道,当管道内径为150mm时最小转弯半径为180mm。然后按照整体研究方案分别将两种管道机器人通过三维软件建立模型并导入ADAMS中进行仿真,分析了两种管道机器人的变径能力、过弯能力、越障能力以及对称式变径的特点验证,仿真结果表明:两种管道机器人具有良好的变径能力与过弯能力并且对称式变径的特点也得到验证,但发现履带式管道检测机器人的越障能力明显强于轮式管道检测机器人,因此将履带式管道检测机器人作为最后样机进行制作。对履带式管道机器人样机进行水平管道爬行实验、竖直管道爬行实验以及转弯爬行实验并分别测得机器人在水平管道中的牵引力以及在竖直管道中的牵引力,实验得出管道机器人水平爬行速度约为22mm/s,牵引力约为5.02N;管道机器人在竖直管道中上升的平均速度为19mm/s,牵引力约为0.8N;下降的平均速度为21mm/s,牵引力约为10.8N;管道机器人转弯前进的平均速度为21mm/s,转弯后退的平均速度为22mm/s。实验表明该履带式管道机器人能够竖直爬行,可顺利通过弯道并且爬行速度稳定可在管道中正常工作。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242
【图文】：

第 1 章 绪论景及意义舰艇的安全运行在很大程度上依赖于对其稳定性的维护，由于舰，舰船管道由于腐蚀等因素，泄漏难以避免，成为维护船舶稳影响舰艇安全运行。实时监测管道的运行状态可为舰船安全运行舰船管道的检测有其特殊的复杂性，首先舰船管道中存在海水湿漉[2]；其次舰船管道形状结构并不规则，大多都是弯管相互连测成为一大难题。图 1.1 为舰船内管道，图 1.2 为受腐蚀后的舰沈阳工业大学硕士学位论文

但由于舰船管道的检测有其特殊的复杂性，首先舰船管道中存在海水等流体境嘈杂湿漉[2]；其次舰船管道形状结构并不规则，大多都是弯管相互连接。道的检测成为一大难题。图 1.1 为舰船内管道，图 1.2 为受腐蚀后的舰船管图 1.1 舰船内管道Figure 1.1 Pipeline inside a ship

自然科学基金委、国防科工委和 863 高技术研究发展计划大学、上海大学等高校等也都对微执行器及微机器人开展但与国外相比仍有较大差距，这与我国微电子、电机工业关。近几年，国内管道机器人的研究较多，形状样式和应领域都渐渐崭露头角[32]。大学邓宗先教授在国内最早开始研究管道机器人，用于大工业大学研制出一种管道机器人，如图 1.3 所示。该管道机技术准确判断管道的泄漏点，同时可以记录并保存管道内电持续工作。特别适用于检测管道内部是否存在破裂、变、结垢和树根障碍物等管道病害，是适合国内管道检测最势在于体积小巧，重量轻，方便携带，可以快速地投入工 0.1m；摄像头可变焦调节，各类视频、USB 等输入输出接转、俯仰，可调节照明光源亮度。

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本文编号：2773021