管道机器人结构设计(精)

管道攀爬机器人结构设计及行走动力特性分析一、结构设计：1.机器人主体结构：管道攀爬机器人的主体结构一般由多个可伸缩的模块组成，每个模块包括一个电机、行走轮和一个伸缩杆。

2.伸缩机构：机器人通过伸缩杆来适应不同管道尺寸。

伸缩杆一般采用多节设计，每个节段之间通过齿轮或链条进行连接，以实现伸缩功能。

3.行走轮和传动机构：机器人采用行走轮来实现在管道内的行走。

行走轮通常由橡胶材料制成，提供良好的摩擦力。

传动机构一般为电机与行走轮的传动装置，通常采用齿轮传动或链条传动。

4.控制系统：机器人的控制系统包括传感器、执行器和控制器。

传感器可以感知机器人的位置、姿态和环境条件等信息，以便进行自主导航和任务执行。

执行器包括电机和伸缩杆等组件，用于控制机器人的运动和伸缩。

控制器负责接收传感器信息，并根据预设的算法控制机器人的运动。

二、行走动力特性分析：1.爬行速度：管道攀爬机器人的爬行速度取决于行走轮的直径、电机的转速和传动机构的设计等因素。

一般来说，机器人爬行速度应该足够快，以提高任务完成效率。

2.负载能力：机器人承载工具和传感器进行任务执行，因此需要具有较大的负载能力。

负载能力的大小与机器人的结构强度和设计参数有关。

3.自稳定性：机器人在管道内行走时需要具备较好的自稳定性，以应对管道内的复杂环境。

自稳定性主要通过控制系统实现，通过传感器检测机器人的姿态和环境条件，并及时做出调整。

4.能耗与动力供应：管道攀爬机器人通常采用电池供电，因此需要考虑能耗和续航时间。

一般通过优化结构设计和控制算法，减小阻力和能耗，延长电池寿命。

5.适应性：管道攀爬机器人需要适应多种管道的尺寸和形状。

因此，其结构设计应具有一定的自适应性，能够根据管道的不同尺寸进行伸缩和调整。

综上所述，管道攀爬机器人的结构设计和行走动力特性是保证机器人能够在管道内进行任务执行的关键要素。

通过合理的结构设计和动力调节，可以使机器人具有较高的工作效率和可靠性，适应不同尺寸和形状的管道。

目录1引言 (3)1.1 论文背景、意义及要求 (3)1.2 国外、国内研究概况 (4)1.3 市场需求预测 (6)1.4 设计的重点与难点 (6)2 机器人行走机构的设计 (7)2.1空调管道系统介绍及清洗原理 (7)2.2 机器人移动载体方案设计 (8)2.2.1 总体方案设计 (8)2.2.2 传动方案的设计 (9)2.3张紧机构的设计 (11)3. 具体设计计算 (12)3.1 移动载体传动计算 (12)3.1.1 左右驱动轮传动计算 (12)3.1.2 后万向轮传动计算 (20)3.2张紧启动系统的设计计算 (24)3.2.1气缸的选择 (24)3.2.2启动辅助元件和回路的选择设计 (26)3.3 传动齿轮﹑蜗轮蜗杆的尺寸计算 (27)3.4 轴的设计﹑计算和校核 (27)3.5 轴承的寿命计算 (32)4 机器人转弯时的管道通过性分析 (33)4.1 管道机器人在水平直角弯管的通过性分析 (33)4.2 管道机器人在矩形管水平圆弧形弯头的通过性分析 (35)5 结构设计 (36)1 引言1.1 论文背景、意义及要求清洁机器人作为服务机器人领域中的一个新产品,尽管目前国内在这方面的研究开发方面已经取得一定的成果, 但是仍有许多关键技术问题需要解决或提高, 行走机构就是其中的一个比较重要的技术。

有的可在房间内随机移动，但要求有一定的动力和对地面有足够大的摩擦。

事实上，虽然有一些公司推出了一些样品或产品，但却不能达到满意程度：清洁效果不佳，遍历时间长。

随着当今社会的发展，空调通风系统在日常生活中发挥着越来越重要的作用。

中央空调系统主宰着楼宇中空气的新陈代谢，被称为“建筑物之肺”。

中央空调管道在长期使用中会积累许多灰尘、病菌及放射物等，这些有害物质在送风过程中便污染了空气，长期被人体吸入，就会危害大众的健康。

因此人们在迫切要求提高生活质量的同时，要求提高工作居住场所及其他公共场所环境质量(特别是空气质量)的呼声也越来越急切。

题产生的。它是由可沿管道内部或外部自动行走装置、携有一种或多种传感器及操作装置如：机械手、喷枪、焊枪、刷子。管道机器人的工作空间是复杂、封闭的各种管道,包括水平直管、各角度弯管、斜坡管、垂直管以及变径管接口等,所以需要在操作人员的遥控操作或计算机自动控制下,进行一系列管道作业。管道机器人可完成的管道作业有以下几类：
The operating arm of the power source for the steering gear, a total of 5 steering gear, which respectively control the rotating arm, waist, arm, wrist swing, and the gripper opening and closing, this design of in pipe clearing ash robot can be used in small working space to complete small mass transfer work to achieve the pipeline cleaning purposes, while at the same time can be used as a carrying robot.
钳爪式手部机构是最常见的形式之一。手爪有两个、三个或多个，其中两个的最多。抓取工件的方式有两种：外卡式和内撑式。从其机械机构特征、外观与功用来看，有多种形式，它们分别是：
（1）拨杆杠杆式钳爪
（2）平行连杆式钳爪
（3）齿轮齿条移动式钳爪
1.生产、安装过程中的管内外质量检测。
2.恶劣环境下管道清扫、喷涂、焊接、内部抛光等维护。
3.使用过程中焊缝情况、表面腐蚀、裂缝破损等故障诊断。

供热管道机器人技术实现项目设计方案1简介在我国北方供热管道大量存在，16个地区的调查资料显示，运行时间在15年以上的供热管道占26%。

由于建设时间较早，这部分管道大部分采用管沟和架空敷设方式，技术落后，再加上运行时间长，维护管理不善，问题尤其突出。

管沟敷设供热管道长度占34.3%。

管沟防水质量差，地下水和地表水渗漏使得管道泡水，热损失严重，也是较大问题之一。

为了解决管道运行时出现裂缝而导致无法向居民提供供热问题，需要对管道进行检测，测评，得到管道的运行状态。

供热管道都是金属制成，金属可能腐蚀，特别是在链接的部位，而这些裂缝是用视觉很难发现的。

我们要得到金属内部状态，我们必须采用X射线探伤。

由于X射线对人员身体伤害比较大，并且鉴于某些管道较小，人员在里面很难活动，我们针对这些问题设计出了我们用于管道裂缝检测的机器人。

我们小组讨论最后得出了一套机器人设计的解决方案，并在郑旭学长帮助把机器人本体搭建好了，通过测试，基本能达到预期的效果。

2系统设计方案站在设计者角度，管道检测机器人可以分为机械本体和控制系统两大部分，本文主要研究管道机器人的控制系统设计。

本节首先对目标机器人的机械结构作简单介绍，然后详细讨论控制系统的三层结构模型，并根据模块功能的相关性，对目标控制系统进行模块划分。

2.1目标机械系统简介本文针对一种轮式管道机器人进行控制系统设计，图2.1是它的机械结构原理图。

从图中可以看出这种管道机器人主要由放射源定位器、横杆、摆杆、底座和车轮等部分组成，其中车轮和底座构成了管道机器人的移动载体，而放射源定位器、横杆和摆杆等部件构成了针对焊缝探伤作业的车载平台，机器人各组成部分的功能如下：（1）横杆。

目标机器人使用横杆安装放射源专用设备、全景摄像头和超声波传感器等负载，在车体端正的情况下，安装在横杆上的各个设备沿管道径向的位置保持一致。

横杆通过一种滑动机构连接在摆杆上，它可以带动放射源专用设备沿摆杆轴向进行移动，移动过程中放射源专用设备与放射源定位器的相对位置保持恒定。

中央空调管道清洁机器人机构设计一、课题训练内容本课题基于国内外已经取得的科研成果，针对中央空调矩形通风管道系统的特点作了深入的分析和论证，在查阅和掌握大量有关文献的基础上，针对矩形的空调管道提出了管道机器人的机构设计方案。

本课题训练内容：1.移动载体的设计﹑撑紧装置的设计﹑机械手的设计2.零件设计计算以及强度校核3.对机器人在转弯时的通过性进行了分析二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量等具体要求）论文任务：针对矩形的空调管道设计管道清洁机器人。

论文要求：1.设计说明书按《武汉科技学院毕业设计（论文）格式模板》要求书写。

2.译文见附页。

3.程序要求框图详细完整，硬件图纸完备，程序清单作为附页附在论文后，程序及电子文档刻成光盘与报告同时上交。

4.设计指标需考虑技术经济性要求。

三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料主要参数：机器人车体长为501mm，宽438mm，高为294mm，车体加上机械手附带毛刷总长为1281mm；机械手总长为水平最高行进速度：1m/s；垂直攀爬速度：100mm/s；垂直攀爬载重：10kg；回转半径：0；机械手自由度：4；监视器回转速度：2度/秒；监视器水平回转范围：360°；监视器俯仰回转范围：240度。

主要参考资料：[1] GB/T 19210-2003．空调通风系统清洗规范[S]．中国标准化，2003，(9):66-67[2] 甘小明，徐滨士，董世运等．管道机器人的发展现状[J]．机器人技术与应用，2003，(6)：5-10[3] 龚振邦等编著．机器人机械设计[M]．北京：电子工业出版社，1995[4] 濮良贵，纪名刚等编著.第8版.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2005[5] 孙桓，陈作模，葛文杰等编著.第7版.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006[6] 宋章军，陈恳，杨向东等．通风管道智能清污机器人MDCR-I的研制与开发[J]．机器人，2005，27(2)：142-146[7] 韩晓明，车立新，谢霄鹏等．中央空调管道清扫机器人的设计[J]．机械，2005，32(1)：39-41[8] 谢文彬，杨建国，李蓓智等．管道检测机器人的研制[J]．机械工程师，2005，(1)：16-18四、毕业设计（论文）进度表武汉纺织大学毕业设计（论文）进度表注：1.本任务书一式两份，一份院（系）留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内。

虽然串联机器人动力学特性及结构优化设计已经取得了许多重要成果，但仍 然存在许多研究方向值得进一步探索。例如，如何建立更加精确、高效的动力学 模型，以满足实时控制的需求；如何将新型优化算法应用于结构优化设计中，以 获得更好的优化效果；如何提高机器人的柔性和自适应性，以适应更加复杂和动 态的环境等。
此外，随着和机器学习技术的快速发展，这些技术也开始被应用于串联机器 人的设计和控制中。例如，通过机器学习方法，可以实现对机器人的自适应控制、 故障诊断和维护等。这为串联机器人的进一步发展提供了新的机遇和挑战。
因此，在未来的研究中，可以综合考虑这两种方法，设计一种混合式的控制 策略，以实现机器人在不同条件下的稳定攀爬。此外，还可以进一步研究机器人 感知和决策等方面的技术，以提高机器人在复杂环境中的自主能力。
感谢观看
控制算法
管道攀爬机器人的控制算法包括位姿估计、轨迹跟踪等。位姿估计是指对机 器人在管道中的位置和姿态进行估计，通过对传感器数据的处理和分析来实现。 轨迹跟踪是指根据位姿估计结果，控制机器人按照预设的轨迹行走，通过对电机 进行控制来实现。
在控制算法的设计过程中，需要考虑机器人的作业效率和安全性。为了提高 作业效率，需要缩短位姿估计的时间，提高轨迹跟踪的精度。为了确保安全性， 需要加入防抖动和异常情况处理等功能，以避免机器人在行走过程中出现问题。
爬杆机器人是一种能够在垂直杆上自主攀爬的机器人，这种机器人在电力线 路巡检、救援、建筑等领域有广泛的应用前景。然而，要实现机器人的自主攀爬， 需要解决一系列的关键问题，包括对环境的感知、运动规划、控制策略等方面。 在本次演示中，我们将重点探讨爬杆机器人的攀爬控制。
机器人攀爬控制是实现自主攀爬的关键技术之一。在攀爬过程中，机器人需 要通过对环境的感知，获取关于杆子位置、姿态等信息，再根据这些信息调整自 身的运动状态，实现稳定的攀爬。在这个过程中，控制算法起着至关重要的作用。

自适应支撑式管道检测机器人的通过性设计陈潇;吴志鹏;何思宇;肖晓晖【摘要】针对电力和石油天然气领域中直径为250～350 mm管道的检测需求,设计自适应支撑式管道检测机器人,研究其在无障碍弯管与环形台阶障碍管环境下的管道通过性.首先分析管道特点,结合丝杠螺母和弹簧机构设计具有变径自适应能力的机器人行走机构;其次,建立机器人弯管运动学模型及环形台阶障碍动力学模型,进行管内运动的几何约束分析、速度协调分析和动力学分析;然后,在ADAMS中建立虚拟样机仿真平台,对机器人在弯管和环形台阶处的通过性进行仿真研究;最后,搭建机器人管道通过性试验平台进行实验验证.研究结果表明:在无障碍管和障碍管环境下,机器人运行平稳,能顺利通过;在通过弯管时,采用速度协调模型,可减少电机力矩和降低能量消耗;在跨越环形台阶障碍时,机器人电机力矩随台阶高度增大而增加,可通过不高于15 mm的环形台阶障碍.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(049)012【总页数】10页(P2953-2962)【关键词】管道机器人;通过性;ADAMS模拟;原型实验【作者】陈潇;吴志鹏;何思宇;肖晓晖【作者单位】武汉大学动力与机械学院,湖北武汉,430072;武汉大学动力与机械学院,湖北武汉,430072;武汉大学动力与机械学院,湖北武汉,430072;武汉大学动力与机械学院,湖北武汉,430072【正文语种】中文【中图分类】TP242.2目前，在电力、石油天然气等行业中，在役管道腐蚀、裂纹或凹陷等缺陷的检测中多采用人工检测方式，存在检测效率低、有检测盲区等问题。

管道机器人替代人工对管道进行定期检测，能进入人所不及、复杂多变的管道环境，从而提高检测效率，降低人工作业的危险性[1]。

国外对管道机器人的研究较多，如：ROH等[2−9]研制的天然气管道机器人MRINSPECT系列，采用差速驱动控制，能通过“T”型管道接头，但适应管径范围小，越障能力有限；KAKOGAWA等[10−11]研制的平行四边形机构管道检测机器人可通过变径接头及垂直管，但机器人转弯能力不足，适用于内径范围为136~226 mm的管道。

大工微型管道机器人设计一．微型管道机器人的介绍微型管道机器人和微操作系统是在细微空间或狭窄空间中进行精密操作、检测或作业的机器人系统。

其中微机器人一般在三维或两维尺寸上是微小的。

而微操作系统在尺寸上一般不在微小范围之内，但可以实现微米、亚微米的定位和操作。

微型管道机器人在核电站细小管道、发动机等狭窄空间检测、军用侦察、医疗等领域有广泛的用途；微操作系统在生命科学、精密组装和封装等方面有广泛前景。

火力发电厂、核电厂、化工厂、民用建筑等用到各种各样微小管道，其安全使用需要定期检修。

但由于窄小空间的限制，自动维修存在一定难度。

仅以核电站为例，其中内径约20mm的管道有许多根，停堆检查时工人劳动条件恶劣。

因此微小管道内机器人化自动检查技术的研究与应用十分必要。

“细小工业管道机器人移动探测器集成系统”由上海大学研制，包含：20mm内径的垂直排列工业管道中的机器人机构和控制技术（包括螺旋轮移动机构、行星轮移动机构和压电片驱动移动机构等）、机器人管内位置检测技术、涡流检测和视频检测应用技术，在此基础上构成管内自动探测机器人系统。

该系统可实现20mm管道内裂纹和缺陷的移动探测。

宁波广强大工管道机器人适用于100mm-2000mm的管径，有探测式管道机器人、盾构式管道机器人、切割式管道机器人、转弯式管道机器人、牵引电缆绳管道机器人，样式功能皆可定制。

二．微型管道机器人设计原因随着社会经济的发展，人民生活水平的提高，集中空调被广泛地被应用于宾馆、大型商场、影剧院、超市、高档写字楼和洗浴公共场所，为人们创造了舒适、高效、节能的工作和生活环境。

然而，集中空调系统长期运行，没有清洗消毒或清洗消毒不彻底，会聚集和滋生大量对人体有害的污染物和微生物，并成为了污染物和微生物传播与扩散的媒介。

为了预防空气传播传染病在公共场所的传播，保障公众健康，依据《公共场所卫生管理条例实施细则》、《公共场所集中空调通风系统卫生管理办法》的要求，开发区卫生防病站在辖区内对公共场所集中空调通风系统开展专项检查工作，并委托宁波广强机器人科技有限公司对公共卫生场所集中空调通风系统清洗后的卫生状况进行检测。

快速爬行软体管道机器人的设计与性能分析目录1. 内容概览 (3)1.1 研究背景与意义 (4)1.2 国内外研究现状 (5)1.3 研究内容与目标 (6)2. 快速爬行软体管道机器人的设计 (7)2.1 设计理念与原则 (8)2.2 机器人的整体结构设计 (10)2.2.1 头部设计 (11)2.2.2 躯体设计 (12)2.2.3 尾部设计 (13)2.3 驱动系统设计 (14)2.3.1 动力源选择 (15)2.3.2 运动副设计 (16)2.3.3 驱动控制系统 (17)2.4 传感器与控制系统设计 (18)2.4.1 传感器系统 (20)2.4.2 控制系统概述 (22)2.4.3 软件算法设计 (23)2.5 人机交互系统设计 (24)3. 快速爬行软体管道机器人的性能分析 (25)3.1 爬行性能分析 (26)3.1.1 抓地力分析 (28)3.1.2 爬行速度分析 (30)3.1.3 爬行稳定性分析 (31)3.2 环境适应性分析 (33)3.3 分析工具与方法 (34)3.3.1 理论分析方法 (35)3.3.2 仿真分析 (36)3.3.3 实验测试 (37)3.4 性能优化策略 (38)4. 快速爬行软体管道机器人的实验验证 (39)4.1 实验装置与环境 (40)4.2 爬行性能实验 (41)4.3 环境适应性实验 (43)4.4 数据分析与结果 (44)5. 结论与展望 (45)5.1 研究总结 (46)5.2 存在问题与改进建议 (47)5.3 研究展望 (48)1. 内容概览本报告旨在详细介绍一种快速爬行软体管道机器人的设计方案及其在各种复杂管道环境下的性能分析。

我们的设计着重于提高机器人的灵活性、耐用性和爬行效率，以满足在实际管道检查和维护任务中的高要求。

报告的结构分为以下几个关键部分：在这一部分，我们介绍了研究的目的、背景以及管道机器人技术的现状。

我们还讨论了在管道操作中遇到的关键挑战，以及快速爬行软体管道机器人的潜在应用领域。

管道检测机器人在城市污水、天然气输送、工业物料运输、给排水和建筑物通风系统等领域里，管道作为一种有效的物料输送手段而广泛应用。

为提高管道的寿命、防止泄漏等事故的发生，就必须对管道进行有效的检测维护等，而目前管道检测和维护多采用管道机器人来进行[1]。

所谓管道机器人就是一种可沿管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器件如位置和姿态传感器、超声传感器、涡流传感器等以及操作机械如管道裂纹与管道接口焊接装置、防腐喷涂装置、操作手、喷枪、刷子等，在工作人员的遥控操纵或计算机控制下可在极其恶劣的环境中，能够完成一系列管道检测维修作业的机电一体化系统。

管道机器人可完成的管道作业有：生产、施工过程中的管道内外质量检测；管道内部清扫、抛光、焊接、喷涂等维护；对接焊缝的探伤、补口作业；旧管道腐蚀程度、破损情况检测和泄漏预报等等[2 3]。

1 管道机器人的发展状况1.1 管道机器人的理论研究发展状况管道机器人的研究所涉及的面很广，随着70年代电子技术、计算机技术、自动化技术的发展和进步，国外的管道机器人技术自90年代初以来得到了迅猛发展并接近于应用水平。

1987年日本学者T.Morimitsu 等人成功研制了一种振动式管内移动机器人。

1999年西班牙Jorge Moraleda与Anibal Ollero等人在西班牙军工基金资助下，利用水流喷射产生的冲力作为驱动力研制成检测地下输水管道内部状况的管道机器人系统。

2000年日本横滨国立大学电子与计算机工程系Chi Zhu等人研制成功用于检测污水排放管道的管道检测机器人，它适用于直径为200mm的管道。

2001年美国纽约煤气集团公司的Daphne D Zurko和卡内基梅隆大学机器人技术学院Hagen Schempf博士在美国国家航空和宇宙航行局的资助下开发了长距离、无缆方式的管道机器人系统。

我国管道机器人研制工作起步较晚，已见报道的管道机器人多为国外进口，然而近些年来，管道机器人的经济、技术和社会意义逐渐为更多的人们所认识，也有一些单位开始进行研制，并在机构模型、动力学分析以及实验样机等方面均有所建树。

动来 实 现 的． 因此 操 作 臂 的设 计 应 满 足 下 列 功 能要 求 目 ：
引 言
管 道 在 工 农 业 生 产 和 日常 生 活 中 是 一 种 重 要 的物 料 输 送 手 段 ． 金 属 冶炼 厂在 金 属 熔 炼 过 程 中会 产生 大量 烟气 ． 如 这 种 烟 气 中含 有 大 量 的金 属 物 料 ． 在 输 气 管 道 中 形 成 厚 厚 的 会 烟 灰 堆 积 层 ． 要 定 期 进 行 清 理 ． 于 管 道 环 境 的限 制 ． 要 需 由 需 利 用 管 道 清灰 机 器 人 来 实 现 管 道 内 清 灰 的 目的．管 道 清 灰 机 器 人 是 一 种 可 以沿 管 道 自动 行 走 ． 有 一 种 或 多 种 传 感 器 件 携
时 ． 斗 能 自动放 平 ． 铲
（ ） 构 要求 ： ３结 简单 紧凑 ， 载元 件 数 量 （ 括 油 缸 ） 量 承 包 尽 少 ． 悬小． 前
图 １ 管 道 清 灰 机 器 人 的 本 体 结 构
。
（ ） 力 性 要 求 ： 求 操 作 臂 能 产 生 较 大 的插 入 力 和铲 ４动 要 取 力 ． 就 是 要求 连杆 机 构 具 有 较 高 的 力传 递 效 率 ． 也 斗杆 机构
罗 海 玉 杨 萍 张淑 珍 ， ，
（． １ 天水 师 范 学 院 工 学 院 ， 肃 天水 ７ １ ０ ； ． 州理 工大 学 机 电 工 程学 院 ， 甘 ４ ０ １２ 兰 甘肃 兰 州 ７ ０ ３ ） ３ ０ ０
摘 要 ： 用 图解 法 对 管 道 清 灰 机 器 人 操 作 臂进 行 结 构 设 计 ． 用 操 作 臂 各 杆 之 间相 对 运 动 的 几 何 关 系 ． 过 采 利 通 作 图确 定 各 铰 接 点 的位 置 ， 出各 杆 的 尺 寸 ， 而 实现 动臂 的设 计 、 杆 机 构 的 设 计及 各 部 件 几 何 形体 的 确定 ． 设 定 从 连 其

自动化管道清洗机器人的设计及控制随着社会发展和工业生产的不断推进，生产过程中的管道清洗已成为大型企业、工厂常见的问题。

为了高效清洗管道，人们研发了自动化管道清洗机器人。

本文旨在介绍自动化管道清洗机器人的设计及控制。

一、机器人设计方案1. 结构设计自动化管道清洗机器人主要由机械及控制系统两部分组成。

机械系统包括机器人身体、运动轮、管道探头、清洗喷头等组件，保证机器人能够顺利在管道中行走，完成清洗工作。

控制系统则由微处理器、驱动器、传感器等组件构成。

2. 原理设计自动化管道清洗机器人的工作原理是采用压缩空气作为动力源，通过微处理器控制组件的运动控制，从而实现对机器人的移动和清洗工作。

利用该工作原理可以达到自动控制管道清洗的目的。

二、控制系统设计1. 微处理器微处理器是整个控制系统的核心。

其控制机器人的运动轨迹，在管道中实现自主巡航，完成清洗任务。

同时，微处理器也可根据不同的管道情况进行自适应控制，能处理管道的各种紧急情况。

2. 传感器传感器是检测机器人与管道间距离、机器人清洗的区域等信息的重要组件，为机器人提供最新的环境信息。

这些信息将被传输到微处理器中，微处理器根据这些信息对机器人的控制进行优化。

3. 无线控制同时，由于自动化管道清洗机器人多数作业场所十分狭小复杂，传统的有线控制方式无法运用。

基于这种情况，利用无线通信技术设计出适合机器人运作的无线控制模块，确保了管道清洗的稳定高效。

三、机器人的使用及维护使用机器人前，需要进行机器人故障的排查，检查清洗器材，确保机器人的安全运行。

在机器人运行过程中，需定期检查机器人的各项设备，如轮子、清洗喷头等。

如有发现故障，请立即采取措施避免损坏机器人。

以上是自动化管道清洗机器人的设计及控制相关内容，通过机械、控制系统和传感器等组件的运作协调，实现了对管道的自动化清洗。

相信随着科技的不断发展，自动化管道清洗机器人的表现也会更加出色。

题目：管道除尘机器人结构设计
机电系机械工程及自动化专业
学号：
学生姓名：
指导教师：
摘 要
基于利用行星磨头清洗技术对管道进行清洗的目的，在总结现有的管道机器人设计方案的基础上，根据现场的实际情况，论文首先对管道清洗机器人行走部分进行方案设计，经分析比较后确定了新型管道清洗机器人行走的较佳设计方案，并据此方案对机器人作了行走部分结构设计;对机器人的行走特性进行了研究，提出了使机器人在管道内能够保持稳定运行的方法.通过对机器人机构的设计和机器人在直管道内运动情况的思考研究，进一步验证了设计思想的可行性。
Finally, the research pipeline cleaning robot running the safety of the system performance, given the high-pressure circumstances to ensure that the basic operating system security program, for pipe cleaning robot system of the utility to provide a reliable basis.
最后，研究了管道清洗机器人行走系统的安全性能，给出了在高压情况下保证行走系统安全的基本方案，为管道清洗机器人系统的实用化提供可靠的依据。
关键词:管道机器人；安全防护；行走
Abstract
Based on the use of planetary grinding head cleaning technology for the purpose of cleaning pipes, at the conclusion of the existing pipeline robot design based on the actual situation at the scene, the first paper on the pipe cleaning robot to walk part of program design, by analysis and comparison a new pipeline after cleaning robot designed to walk a better program, and accordingly the program made a walk on part of the structure of robot design; characteristics of walking robots have been studied and put forward in the pipeline so that the robot was able to remain stable The method of operation. By the design of the robot body and the robot movement in the straight tube case study of thinking, and further verify the feasibility of the design idea.

1引言管道运输是当今五大运输方式之一，已成为油气能源运输工具。

目前，世界上石油天然气管道总长约200万km，我国长距离输送管道总长度约2万km。

国家重点工程“西气东输〞工程，主干线管道(管径1118mm)全长4167km，其主管道投资384亿元，主管线和都市管网投资将突破1000亿元。

世界上约有50%的长距离运输管道要使用几十年、甚至上百年时刻，这些管道大都埋在地下、海底。

由于内外介质的腐蚀、重压、地形沉落、塌陷等缘故，管道不可防止地会出现损伤。

在世界管道运输史上，由于管道泄漏而发生的恶性事故触目惊心。

据不完全统计，截至1990年，国内输油管道共发生大小事故628次。

1986到2b00年期间美国天然气管道发生事故1184起，造成55人死亡、210人受伤，损失约2.5亿美元。

因此，研究管道无损检测自动化技术，提高检测的可靠性和自动化程度，加强在建和在役运输管道的检测和监测，对提高管线运输的平安性具有重要意义。

1.1管道涂层检测装置的开展、现状和前景管内作业机器人是一种可沿管道自动行走,携有一种或多种传感器件和作业机构,在远控操纵或计算机操纵下能在极其恶劣的环境中进行一系列管道作业的机电仪一体化系统.对较长距离管道的直截了当检测、清理技术的研究始于本世纪50年代美、英、法、德、日等国,受当时的技术水平的限制,要紧成果是无动力的管内检测清理设备——PIG,此类设备依靠首尾两端管内流体的压力差产生驱动力,随着管内流体的流淌向前移动,并可携带多种传感器.由于PIG本身没有行走能力,其移动速度、检测区域均不易操纵,因此不能算作管内机器人.图1所示为一种典型的管内检测PIG[5].这种PIG的两端各安装一个聚氨脂密封碗,后部密封碗内侧环向排列的伞状探头与管壁相接触,测量半径方面的变形,并与行走距离仪的旋转联动,以便使装在PIG内部的记录仪记录数据.它具有沿管线全程测量内径,识不弯头部位,测量凹陷等变形部位及管圆度的功能,并能够把测量结果和检测位置一起记录下来.70年代以来,石油、化工、天然气及核工业的开展为管道机器人的应用提供了宽广而诱人的前景,而机器人学、计算机、传感器等理论和技术的开展,也为管内和管外自主移动机器人的研究和应用提供了技术保证.日、美、英、法、德等国在此方面做了大量研究工作,其中日本从事管道机器人研究的人员最多,成果也最多。

摘要在石油管道中存在管道环焊缝不能处理的情况，严重影响了管道的寿命。

单节管道的腐蚀直接影响整个管道的运输。

因此，管道机器人在管道焊缝处理方面有很好的前景。

在轮式机器人的基础上，设计开发了一种新的管内移动机器人行走机构．机器人的3组驱动轮沿圆周方向成120°均匀分布，3个驱动电动机通过齿轮副直接驱动3组驱动轮，调节电动机通过新型的丝杠螺母副和压力传感器使3组驱动轮始终以稳定的正压力紧贴在管道内壁，使机器人具有充裕并且稳定的牵引力．对各个零件都做了详细的分析设计。

使该机器人机构紧凑，工作可靠，适用于管径为 400～600 mm 的管道。

使管道机器人的牵引力达到1470N。

移动速度达到83.33m/min。

满足了管道机器人的牵引力及速度的要求。

关键词：石油管道；行走设计；适应管径；驱动原理AbstractExisting in the pipeline oil pipeline of possible girth weld can't handle, and this seriously influences the pipe life single quarter pipe directly affected the whole pipeline Transportation, therefore, the transportation in pipe welds processing pipeline robot has a good prospect.This paper introduces the design of a carry pipe welds processing device for oil pipeline adapt to the diameter of in-pipe robot400~600mm walk to a new design of the device the diameter of screw nut pair way to make adjustment to the pipeline robot to 1470N traction movement speed 83.33 m/min satisfy the pipe robots traction and speed requirements.This paper introduces the oil pipeline robot structure and working principle. Puts forward new screw nut pair diameter of institutions, to use is to screw rotation nut mobile way. Design the abrasion resistance calculation, screw strength calculation and screw stability calculation. And designed a gear parts design related. Analyses the stress of the stem. Designed with gear drive way directly, first according to gear surface contact fatigue strength design and calculation, and then checked for fatigue broken teeth tooth root bending fatigue strength. In this process also involves gear axle design and axle, gears connect the design of the key and motor choice.KeyWords：Oil pipeline; Walk design; Adapt diameter; Driving principle目录摘要 ............................................................................................................................ I Abstract ......................................................................................................................... II 1 绪论 (1)1.1管道机器人概述 (1)1.2 管道机器人的发展现状 (1)1.2.1管道机器人的国外发展现状 (1)1.2.2管道机器人的国内发展现状 (2)1.3研究的主要内容 (2)1.4设计要达到的要求 (2)2 现有工作装置的行走原理 (3)2.1 实现管内行走的基本条件 (3)2.2不同移动方案的分析与比较 (3)2.2.1履带驱动 (3)2.2.2直进轮式微型管道机器人的移动机构 (4)2.2.3蠕动驱动管道机器人 (5)2.2.4螺旋推进管道机器人 (6)2.2.5足式管道机器人 (6)2.3移动方案的确定 (7)3 管道机器人适应管径的原理 (8)3.1适应管径变化的三种调节机构 (8)3.1.1蜗轮蜗杆调节方式 (8)3.1.2升降机调节方式 (9)3.1.3滚珠丝杠螺母副调节方式 (9)3.2新型的丝杠螺母调节机构 (10)4 丝杠螺母调节机构的总体设计 (12)4.1丝杠上螺母与驱动轮压力的关系 (12)4.2 BK杆上的力的计算 (13)4.3机器人弯道通过性分析 (14)4.4机器人调节机构的杆长分析 (15)4.5调节机构的杆长及参数的计算 (16)4.6正压力N的计算 (18)4.6.1机器人重量 (18)4.6.2机器人速度与加速度 (18)4.6.3机器人的驱动轮与管道内壁正压力的计算 (18)4.7计算丝杠上的力 (18)5 丝杠设计 (19)5.1 螺旋传动 (19)5.2螺旋传动的特点 (19)5.3螺杆的设计 (19)5.3.1 螺距p的确定 (20)5.3.2 螺杆公称直径d的确定 (20)5.3.3 螺杆长度的确定 (20)5.3.4螺杆的传动效率的确定 (20)5.4 螺杆的各项参数的确定 (20)5.4.1 耐磨性计算 (20)5.4.2螺纹的强度校核 (22)5.4.3螺杆的强度校核 (23)5.4.4螺杆稳定性的校核 (23)5.5丝杠上扭矩的确定 (24)6 螺旋传动的电机的选择 (25)6.1步进电机的特点 (25)6.2步进电机规格的选择 (25)6.3选择具体使用的电机 (26)7弹簧的设计 (27)7.1弹簧的设计 (27)7.1.1选择弹簧材料 (27)7.1.2计算曲度系数K (27)7.1.3计算弹簧中径D (27)27.1.4求所需弹簧的圈数n (27)7.2验算稳定性 (28)7.2.1取弹簧节距t (28)7.2.2计算弹簧的自由高度H (28)7.2.3判断弹簧稳定性 (28)7.3计算单根丝杠的长度 (28)8 驱动的原理 (29)8.1驱动电机的选择 (29)8.2移动载体方式有 (29)8.2.1单驱动管内移动载体 (29)8.2.2双驱动管内移动载体 (30)8.2.3三驱动管内移动载体 (30)8.3传动比的确定 (31)8.4小齿轮的设计及校核 (31)8.4.1选择齿轮材料及其热处理并确定初步参数 (31)8.4.2按齿面接触疲劳强度设计齿轮的主要参数 (32)8.4.3校核齿根弯曲疲劳强度 (33)9具体驱动电机的选择 (35)10 其他零件的选择 (36)10.1电机与齿轮之间的键的设计 (36)10.2电池的选择 (36)10.3丝杠与步进电机连接的联轴器的选择 (36)10.4驱动轮的选择 (37)10.5丝杠上轴承设计 (37)10.6 支撑滑动杆的导轨设计 (38)总结 (40)参考文献 (41)致谢 (43)附录A装配图 (44)1 绪论1.1管道机器人概述管道机器人是一种可沿管道内部或外部移动，携带一种或多种传感器及操作器（如CCD摄像机、位置和姿态传感器、超声传感器、涡流传感器、管道清理装置、管道裂纹及管道接口焊接装置、防腐喷涂装置、简单的操作机械手等），在操作人员的遥控操作或计算机的自动控制下，能够进行一系列管道作业的机电一体化系统。

毕业设计题目：学生学号专业指导老师论文提交日期前言 (ⅰ)目录 (ⅱ)中文摘要 (ⅲ)第一章概述 (1)1.1机器人概述 (1)1.2管道机器人概述 (3)1.3国内外管道机器人的发展 (4)1.3.1国内管道机器人的发展 (4)1.3.2国外管道机器人的发展 (6)1.4 机器人的发展景 (8)第二章总体方案的制定与比较 (10)2.1 管道机器人设计参数和技术指标 (10)2.2总体结构的设计和较 (10)第三章部件的设计和算 (15)3.1 管道机器人工作量算 (15)3.3 撑开机构和放大杆组的计 (24)第四章其他 (32)5.1 大小锥齿轮的设计和核 (32)5.2 轴Ⅰ的设计和核 (35)5.3 键的校核 (44)在工农业生产及日常生活中，管道应用范围极为广泛。

在管道的使用过程中，会产生管道堵塞与管道故障和损伤，需要定期维护、检修等。

但管道所处的环境往往是人们不易达到或者不允许人们直接进入，所以开发管道机器人就显得尤为重要。

以金属冶炼厂管道清洁机器人为研究目标，根据其工作环境和技术要求设计了一种可适应φ700mm-φ1000mm管道的管道清洁机器人。

该管道机器人采用三履带式的可伸缩行走装置，操作装置为2个自由的的操作臂，末端操作器上安装有吸尘头，吸尘头吸起的灰尘通过吸尘软管收集在装灰箱体内。

当灰尘装满后，机器人行走到倒灰口，打开卸料门，将灰尘倒掉。

本次设计主要对管道清洁机器人进行结构设计，利用三维参数化特征建模软件Pro/Engineer建立了管道清洁机器人的三维模型，生成了机器人主要零部件的工程图。

对管道机器人中的主要机构进行动态仿真，验证了所设计机构的正确性。

最后对主要零部件进行了设计校核计算，并简单叙述了该机器人控制方案。

第一章概述1. 1 机器人概述机器人----这一词最早使用始于1920年至1930年期间在捷克作家凯勒尔*凯佩克（Karel capek）的名为"罗莎姆的万能机器人"的幻想剧中，一些小的人造的和拟人的傀儡绝对地服从其主人的命令。

φ700mm-φ1000mm管道机器人构造设计摘要在工农业消费及日常生活中，管道应用范围极为广泛。

在管道的使用过程中，会产生管道堵塞与管道故障和损伤，需要定期维护、检修等。

但管道所处的环境往往是人们不易到达或者不允许人们直接进入，所以开发管道机器人就显得尤为重要。

以金属冶炼厂管道清洁机器人为研究目的，根据其工作环境和技术要求设计了一种可适应φ700mm-φ1000mm管道的管道清洁机器人。

该管道机器人采用三履带式的可伸缩行走装置，操作装置为2个自由的的操作臂，末端操作器上安装有吸尘头，吸尘头吸起的灰尘通过吸尘软管搜集在装灰箱体内。

当灰尘装满后，机器人行走到倒灰口，翻开卸料门，将灰尘倒掉。

本次设计主要对管道清洁机器人进展构造设计，利用三维参数化特征建模软件Pro/Engineer建立了管道清洁机器人的三维模型，生成了机器人主要零部件的工程图。

对管道机器人中的主要机构进展动态仿真，验证了所设计机构的正确性。

最后对主要零部件进展了设计校核计算，并简单表达了该机器人控制方案。

关键词：管道清洁机器人；构造设计；三维建模AbstractPipeline is very often applied on industry and agriculture production and daily life. Because pipeline is possibly jammed and distressed, it needs to be maintained and repaired and so on. However it is difficult to reach or do not allow directly accessing in pipeline, so exploiture of pipeline robot is particularly important.Regarding in-pipe clearing dust robot in exhaust gas pipeline of metal smeltery as the research object, based on working environment and technology requires of the robot, a kind of pipeline robot which is capable o f adapting φ700mm-φ1000mm pipe is designed. The robot has three-pedrail and extend-retract locomotion equipment, its operation device is 2-DOF arm, ender operation is a nose-dust-collector, dust is collected in box loading dust through tube. When the box is loaded up, the robot runs to dump opening and discharge opening is opened, and dust is unloaded. In the design, pipeline robot structure is detailedly designed. Pipeline cleaning robot model is built in three-dimensional modeling software Pro/Engineer, robot drawing is built. Robot mechanism is simulated, and it verifies project of robot to be correct. In the end mostly parts are checked and analysed, and robot control project is simply illuminated.Keywords：Pipe Cleaning Robot；Structural Design；Three-dimensional Modeling一、本课题研究背景及意义在工农业消费及日常生活中，管道作为一种重要的物料运输手段，其应用范围极为广泛。