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在当今社会,各种各样的管道得到了广泛地应用,管道检测机器人成为各种管道内环境状况检测的重要工具之一。管道机器人是多个学科技术的综合,涉及到机械工程、自动控制、计算机、传感器、电子技术等多个学科。柔性蠕动管道机器人结构简单、行走效率高、自适应性好,能够适应复杂的管内环境。
本论文以柔性蠕动管道机器人为研究对象,考虑到管道工作环境的要求,深入研究和分析了结构设计、运动过程、力学特性、动力学建模和控制系统进行了,并成功研制了管道机器人的物理样机,完成了相关实验,本文的研究内容主要如下:
(1)基于蚯蚓蠕动行走的原理,分析了管道机器人在管道中蠕动行走的基本条件。提出了一种柔性蠕动管道机器人的结构设计方案,可以在管道中实现蠕动行走,通过L型弯管和T型弯管,并能在一定范围内自主适应管道内径和形状的变化。
(2)分析了柔性蠕动管道机器人在管道中的行走方式,包括直线蠕动行走、通过L型弯管和T型弯管。对柔性蠕动管道机器人进行了力学特性分析,提出了柔性蠕动管道机器人的蠕动行走条件,并建立了机电动力学模型。利用ADAMS对其进行了运动学和动力学分析,验证了管道机器人在管道中蠕动行走的可行性和行走条件的正确性。
(3)提出了管道机器人控制系统的整体设计方案,根据管道机器人的功能需要,将控制系统分为主控制子系统、执行子系统、传感器子系统、通讯子系统、电源子系统和上位机子系统,分析了各个子系统的基本组成以及之间的关系。
(4)对柔性蠕动管道机器人进行了实验研究,研制了物理样机,搭建了管道机器人的测试平台,并测试了管道机器人的行走性能。测试了管道机器人的牵引力、行走速度和工作功率,得到了相关的实验数据。