基于压电惯性冲击驱动的支撑机构可调式微管道机器人研究

发布时间：2017-04-16 05:16

  本文关键词：基于压电惯性冲击驱动的支撑机构可调式微管道机器人研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：管道作为一种物料输运设施,在城市的输水和供暖、通讯、天然气、石油化工以及核工业等领域得到了普遍的应用。而管道在服役过程中由于恶劣工作环境、输运物质的特殊物理化学性能等的影响可能会出现诸如管道破损等失效,从而引起人身财产损失,对环境造成污染。如此一来,管道的检测工作对于管道的应用来说就显得特别重要。管道机器人作为一种可以代替人类进入管道检测的装置,能够有效的保护操作人员的人身安全,提高检测作业的效率,是管道检测技术研究的热点,具有良好的应用前景。作为一种特殊应用的机器人,管道机器人的移动性能与环境适应能力是完成管道检测任务的关键。本文以应用于管径在20mm以下的管道机器人为研究对象,基于以上两点展开了对管道机器人的理论和实验研究,主要内容如下：(1)从满足管道机器人移动性能的要求着手,通过文献综述分析比较了采用不同驱动方式的管道机器人的应用特点,并确立了以基于惯性冲击驱动原理的压电驱动作为本文微小管道机器人的驱动方式；(2)分析了惯性冲击驱动的特点,采用集总参数法建立了考虑压电驱动器质量的惯性冲击驱动系统的数学模型,并在此基础上,用Matlab仿真工具箱对系统模型进行了仿真分析,分析了各个影响因素(驱动电压参数、系统质量参数以及摩擦力)对系统运动性能的影响,为管道机器人的结构设计和优化提供了参考。(3)为了提高管道机器人的环境适应性,本文为压电惯性冲击驱动式管道机器人设计了具有力保持装置的主动调节式支撑机构,并通过对其进行受力分析验证了其管径适应的能力。(4)通过制备样机并进行实验,对(2)中建立的模型以及本文所设计的管道机器人的适应性能力进行验证。
【关键词】：管道机器人 冲击驱动机构 环境适应性 主动调节式支撑机构
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 引言9
• 1.2 管道机器人的研究现状9-23
• 1.2.1 被动驱动型10-12
• 1.2.2 主动驱动型12-23
• 1.3 管道机器人驱动方式比较23-24
• 1.4 论文的研究目标及研究内容24-25
• 第2章 压电材料与压电驱动器25-31
• 2.1 压电效应与压电材料25-28
• 2.1.1 压电效应25
• 2.1.2 压电材料25-26
• 2.1.3 压电材料的基本特性26-27
• 2.1.4 压电材料的本构关系27-28
• 2.2 压电陶瓷微位移驱动器28-30
• 2.2.1 叠层型压电驱动器28-29
• 2.2.2 薄膜型压电驱动器29-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第3章 惯性冲击驱动系统理论分析与仿真研究31-56
• 3.1 惯性冲击驱动理论31-32
• 3.2 惯性冲击驱动系统的建模32-44
• 3.2.1 压电驱动器的模型表达32-35
• 3.2.2 压电惯性冲击驱动系统建模35-40
• 3.2.3 不同摩擦模型的比较与选择40-44
• 3.3 模型中各参数对位移输出的影响44-54
• 3.3.1 理论分析会对系统位移输出产生影响的参数44-46
• 3.3.2 仿真分析各参数对系统位移输出的影响46-54
• 3.4 本章小结54-56
• 第4章 惯性冲击驱动系统支撑机构设计与讨论56-66
• 4.1 改变摩擦力方法的讨论56-58
• 4.1.1 改变接触表面微结构法56-57
• 4.1.2 改变正压力法57-58
• 4.2 支撑机构的讨论58-59
• 4.2.1 被动调节式支撑机构58-59
• 4.2.2 主动调节式支撑机构59
• 4.3 支撑机构的设计59-62
• 4.3.1 支撑机构中支点结构的选择59-61
• 4.3.2 支撑机构中力提供和保持装置的选择61-62
• 4.4 梯形支撑机构的管径适应性分析62
• 4.5 支撑机构的受力分析62-64
• 4.6 本章小结64-66
• 第5章 惯性冲击驱动管道机器人试验样机的制备与实验66-74
• 5.1 样机的制备66-67
• 5.2 实验环境搭建67-68
• 5.3 实验部分68-73
• 5.3.1 实验前的准备68-69
• 5.3.2 实验结果与讨论69-73
• 5.4 总结73-74
• 第6章 总结与展望74-76
• 6.1 总结74
• 6.2 展望74-76
• 参考文献76-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文82-83
• 附录83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 裴先茹;高海荣;;压电材料的研究和应用现状[J];安徽化工;2010年03期

2 刘丽兰;刘宏昭;吴子英;王忠民;;机械系统中摩擦模型的研究进展[J];力学进展;2008年02期

3 程光明;温建明;杨志刚;曾平;孙桂林;;基于改变正压力的惯性压电移动机构[J];吉林大学学报(工学版);2007年03期

4 程光明;李晓韬;曾平;杨志刚;;压电叠堆式惯性移动机构的设计与试验[J];吉林大学学报(工学版);2007年01期

5 秦卫东;欧阳卫强;赵小军;;TL-Ⅰ型履带式管道机器人双型控制系统设计[J];九江学院学报(自然科学版);2005年04期

6 谢文彬,杨建国,李蓓智,宋立博;管道检测机器人的研制[J];机械工程师;2005年01期

7 贾振元,王福吉,郭东明;功能材料驱动的微执行器及其关键技术[J];机械工程学报;2003年11期

8 龚进峰,彭商贤;履带式可变结构管道机器人及其双控制系统的研究[J];高技术通讯;2001年12期

9 李东升,王昌明,施祖康;天然气管道的内部漏磁检测技术[J];天然气工业;2001年06期

10 龚进峰,彭商贤,刘斌;PR-1履带式管道机器人双控制系统的设计与实现[J];制造业自动化;2001年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 张志明;规则微凸体表面有向摩擦建模及应用研究[D];华东理工大学;2012年

2 张云伟;煤气管道检测机器人系统及其运动控制技术研究[D];上海交通大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 史伟;基于SMA驱动的仿蚯蚓蠕动式微型管道机器人的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

2 王喜冬;基于ICPF驱动的微型机器人巡迹及目标跟踪方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2007年

  本文关键词：基于压电惯性冲击驱动的支撑机构可调式微管道机器人研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：310078