【摘 要】
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利用管道进行物料运输,具有输送量大、结构简单和安全可靠等优点。抛光打磨车间和机加厂房等典型劳动密集型作业场所在生产过程中会产生大量的金属粉尘,这些粉末在通过通风排尘管道排除的过程中会产生沉积,需要进行定期清理。本文的研究对象是一款由摆动气缸驱动的并能适应不同管径的管道机器人,用于搭载清灰装置进行管道清理。主要的研究工作如下:（1）确定可变径管道机器人的设计方案。总结不同管设计方案的优缺点,根据本文
【基金项目】
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国家重点研发计划“公共安全风险防控与应急技术装备”领域的“劳动密集型工业企业职业病危害防护技术与装备研发”,编号:2016YFC0801700；
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利用管道进行物料运输,具有输送量大、结构简单和安全可靠等优点。抛光打磨车间和机加厂房等典型劳动密集型作业场所在生产过程中会产生大量的金属粉尘,这些粉末在通过通风排尘管道排除的过程中会产生沉积,需要进行定期清理。本文的研究对象是一款由摆动气缸驱动的并能适应不同管径的管道机器人,用于搭载清灰装置进行管道清理。主要的研究工作如下:（1）确定可变径管道机器人的设计方案。总结不同管设计方案的优缺点,根据本文中机器人的作业环境和现场调研的情况确定相应的设计参数,提出了由摆动气缸驱动的可变径管道机器人的设计方案。（2）完成可变径管道机器人的结构设计。对履带行走机构、变径机构以及顶部支撑机构进行结构设计,建立三维样机模型并绘制详细的设计图纸。针对机器人的实际负载情况利用ANSYS对机器人的机架进行了应力应变分析和模态分析。（3）建立管道机器人的理论建模。推导摆动气缸以及阀控摆动气缸驱动系统的数学方程;通过仿真确定PWM控制信号的周期、占空比以及摆动气缸机械限位与机器人运动速度间的关系;推导机器人的运动学方程,确定了机器人左右履带速度与机器人姿态间的关系;推导机器人的动力学方程,其动力学方程表明整个机器人系统是非线性系统。（4）进行管道机器人的运动分析并制定了相应的控制策略。对管道机器人通过圆弧弯管时的速度进行了分析,构建了机器人在过渡阶段和旋转阶段时左右履带的差速模型;针对机器人在直管中的姿态控制以及弯管中的履带差速控制提出了基于模糊控制方法的管道机器人控制策略。（5）完成管道机器人的仿真分析以及样机试验。在Adams中对管道机器人的拖动力、爬坡能力和通过弯管时的运动状态进行了仿真验证;利用Adams和Simulink进行联合仿真,验证姿态控制策略的有效性;完成了样机试制以及相关试验,对机器人的拖动力、爬坡能力、速度控制以及姿态调节控制进行测试。
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