管道机器人运动学分析与变径机构仿真

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。

摘要机器人技术已成为高技术领域内具有代表性的战略性技术之一，它使得传统的工业生产面貌发生巨大的变化，对社会的发展产生深远影响。

机器人运动学是机器人技术重要的组成部分，机器人运动学逆问题的求解是机器人轨迹规划、位置控制和离线编程的主要步骤之一。

本文主要介绍了我国工业机器人的发展以及工业机器人运动学的研究现状，对位姿变换、坐标变换等运动学分析的基础知识进行了简单的描述。

本文通过对Motoman-V A1400型七自由度机器人的结构分析，利用D-H方法建立机器人坐标系简图，确定各关节连杆参数，并在运动学正解的基础上，利用反变换矩阵的方法进行了运动学逆解的计算。

本文简单介绍了虚拟样机技术的概念和应用，虚拟样机技术平台ADAMS软件及其基本模块。

本文最后利用UG对机器人进行三维建模，并导入ADAMS中进行逆运动学的分析及仿真，在已知末端轨迹的情况下，绘出各关节的运动状态曲线，得到仿真结果。

机器人逆运动学研究所取得的任何突破性的进展都将对机器人技术产生重要的影响。

关键词：七自由度，逆运动学，仿真ABSTRACTRobotic technology has become one of representative strategic technology in high-tech field. It makes the traditional industrial production have undergone tremendous changes and have a profound impact on social development. Kinematics is an important part of robotics, and the solution of the robot inverse kinematics is one of the main steps of robot trajectory planning, position control and off-line programming.This article introduces the development of industrial robots and industrial robots research of kinematics, and gives a simple description on the position and orientation transformation, coordinate transformation, kinematics analysis and other basic knowledge. This article analyses the structure of the seven degrees of freedom robot Motoman-V A1400, then establishes the robot coordinate system diagram by D-H method to determine the link parameters of each joint, and the calculations of inverse kinematics by inverse transform matrix method on the basis of kinematics. Then, the article briefly introduces the concept of virtual prototyping technology and applications, virtual prototyping platform, ADAMS, and its basic modules. Finally, the robot using 3D modeling of UG, and in the case of the known end of the track, analyses and simulates the inverse kinematics into ADAMS, draw the simulation results that the state of motion of each joint curves.The progress achieved any breakthrough of inverse kinematics will have a major impact on robotics technology.Key Word: 7 DOF, inverse kinematics, simulation目录摘 要 (I)ABSTRACT (II)第一章 绪论 (1)1.1 工业机器人的发展 (1)1.2 工业机器人运动学研究现状 (2)1.3 虚拟样机技术的应用 (3)1.4 课题来源及选题意义 (4)1.5 本文的主要研究内容 (6)第二章 机器人空间描述与坐标变换矩阵 (7)2.1 MOTOMAN-VA1400机器人简介 (7)2.2 MOTOMAN-VA1400机器人空间描述 (8)2.2.1 机器人坐标系的建立 (8)2.2.2 机器人连杆参数的确定 (10)2.3 MOTOMAN-VA1400机器人坐标变换矩阵 (11)2.3.1 机器人齐次坐标变换 (11)2.3.2 机器人坐标变换矩阵的求解 (12)2.4 本章小结 (15)第三章 机器人逆运动学求解 (17)3.1 逆运动学求解方案的选择 (17)3.2 逆运动学方程最优解的选取 (17)3.3 逆运动学方程的求解过程 (18)3.4 逆运动学求解结果 (21)3.5 本章小结 (25)第四章运动学仿真与分析 (26)4.1 ADAMS基本模块简介 (26)4.2 ADAMS模型仿真 (27)4.2.1 机器人的几何建模 (27)4.2.2 ADAMS环境下生成虚拟样机 (29)4.2.3 样机的约束添加和参数设置 (29)4.2.4 仿真与结果的输出 (32)4.3 仿真结果分析 (34)4.4 本章小结 (36)第五章结论与展望 (37)5.1 结论 (37)5.2 技术经济分析 (37)5.2.1 技术可行性分析 (37)5.2.2 经济优越性分析 (37)5.3 对进一步研究的展望 (38)参考文献 (39)致谢 (41)附录 (42)第一章绪论1.1 工业机器人的发展机器人是一种可编程，通用，有操作和移动能力的自动化机械。

机械系统中的运动学特性分析与仿真引言：机械系统是由各种机械元件组成的复杂系统，其运动学特性的分析与仿真可以帮助我们深入理解系统的运行原理和性能。

本文将探讨机械系统中的运动学特性分析与仿真方法，并给出实际案例，旨在为同行提供一些有益的启示和参考。

一、机械系统中的运动学概述运动学是研究物体运动的分支学科，主要关注物体在时间和空间上的位移、速度和加速度等运动参数。

在机械系统中，各个机械元件之间通过联接方式实现相对运动，因此了解机械系统的运动学特性非常重要。

1.1 坐标系的选择在分析机械系统运动学特性时，首先需要选择合适的坐标系。

坐标系的选择应根据具体问题而定，在一些简单的情况下，可以选择绝对坐标系（如直角坐标系），但在复杂的机构中，相对坐标系更为常见。

相对坐标系通过描述机构中各个连接处的角度和长度关系，可以更准确地表达机构的运动特性。

1.2 多自由度机械系统在机械系统中，常见的情况是存在多个自由度。

多自由度机械系统具有多个可变参数，因此需要得到每个自由度的运动学方程。

常用的方法包括运动剖析法和变换矩阵法。

运动剖析法通过对机械系统进行几何分析和向量计算，得到各个连接处的运动关系。

而变换矩阵法则通过矩阵变换和从一关节到下一关节的矢量关系，得到每个关节的位置和速度参数。

二、机械系统中的运动学仿真方法机械系统的运动学仿真可以通过计算机辅助建模和仿真软件来实现，如SolidWorks、ADAMS等。

运动学仿真有助于我们深入理解机械系统的运动特性，同时也可以为机械系统的设计和优化提供有力支持。

2.1 建模与约束在进行机械系统的运动学仿真前，首先需要进行系统的建模和约束。

建模可以使用CAD软件进行，通过绘制实体模型和创建零件间的连接关系，构建出机械系统的虚拟模型。

约束则是对各个连接处的运动进行限制，确定系统的自由度和关节参数。

2.2 运动学仿真参数的设定在进行运动学仿真时，需要设定仿真参数，如时间步长、仿真时间和起始条件等。

面向电厂管道的攀爬机器人运动规划与仿真寇重光;谢涛;陈潇;游鹏辉;肖晓晖【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(049)008【摘要】针对电厂管道检测作业,围绕多屏平行管道环境中直管、管间和管屏间的攀爬作业需求,设计一种5自由度攀爬机器人,并进行运动规划分析.首先,分析运动需求,确定攀爬机器人的构型;其次,针对直管攀爬、管间过渡和管屏过渡的攀爬运动进行规划,提出3种步态;之后,采用基于D-H法建立的机器人运动学模型,采用逆运动学求解对应位姿点的关节角度;再通过5次多项式插值得到角度-时间序列;最后,采用ADAMS虚拟样机技术进行仿真,分析攀爬过程中的能耗及各关节的受力情况.研究结果表明:所规划的步态能够满足运动需求;直管攀爬中随着步距由50 mm增大至150 mm,机器人最大转矩增加17.76％,总能耗降低39.94％,在保证关节转矩足够的情况下可通过增大步距以降低能耗;各工况中,管间过渡的旋转关节与管屏过渡的夹持手爪所需力矩最大,在步态优化与样机设计时需重点校核.【总页数】8页(P1936-1943)【作者】寇重光;谢涛;陈潇;游鹏辉;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;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【相关文献】1.一种新型管道端口打磨机器人构型设计与运动学仿真研究 [J], 崔康康;杨婧雯2.管道机器人运动学分析与变径机构仿真 [J], 史继新;刘芙蓉;胡啸;袁显宝;陈保家;李响3.三自由度上肢康复机器人运动学分析和运动轨迹规划仿真 [J], 栾晓燕; 王金武; 富灵杰; 戴尅戎; 曹岚4.输电杆塔攀爬机器人运动学分析与仿真 [J], 耿亚丽; 韦佳钰; 付渊; 鲁守银5.一种弯管管道机器人驱动模块关键结构设计及其运动仿真 [J], 裴文超;张平宽;张宇尧;李登超因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

多自由度串联机器人运动学分析与仿真共3篇多自由度串联机器人运动学分析与仿真1多自由度串联机器人运动学分析与仿真随着工业技术的不断发展和普及，机器人系统已经被广泛应用于各个领域，如汽车工业、制造业等。

机器人系统的控制和运动学分析是实现机器人精确控制和操作的重要基础。

本文将介绍多自由度串联机器人的运动学分析以及仿真。

1. 多自由度串联机器人多自由度机器人是指由多个自由度组成的机器人，可以进行更加复杂的操作。

串联机器人是指机器人的多个部分按照一定的顺序连在一起构成的机器人。

多自由度串联机器人是指由多个自由度组成，并且这些自由度按照一定的顺序连在一起构成的机器人。

例如，可以将多个关节连接起来构成一个多自由度关节机器人。

多自由度串联机器人在制造和物流业非常常见。

2. 运动学分析运动学分析是机器人系统控制中非常重要的一部分。

它描述了机器人如何移动和定位，以及如何控制机器人的各个部分进行精确的运动。

运动学分析主要解决以下几个问题：(1) 机器人姿态分析问题。

机器人姿态分析主要是描述机器人末端执行器的空间位置和末端姿态。

(2) 机器人关节角度分析问题。

机器人关节角度分析是指计算机器人各个关节的角度，以确定机器人的运动轨迹。

(3) 机器人轨迹分析问题。

机器人轨迹分析是对机器人运动轨迹进行精确计算和控制，以达到所需的操作目标。

3. 串联机器人的运动学分析多自由度串联机器人的运动学分析可以分为直接运动学和逆运动学两个部分。

(1) 直接运动学直接运动学是一种基于机器人各关节的运动学参数计算出机器人末端执行器姿态和位置的方法。

其公式如下：T_n = T_1 * T_2 * … * T_n-1其中，T_n表示机器人从末端执行器到机器人基座的坐标变换矩阵；T_i表示机器人第i个关节的变换矩阵。

(2) 逆运动学逆运动学是通过机器人末端执行器的姿态和位置计算机器人各关节的角度的方法。

逆运动学公式如下：T_n = T_base * T_tool其中，T_base表示机器人基座的坐标变换矩阵；T_tool表示机器人末端执行器的变换矩阵。

KUKA KR40PA机器人运动学分析及simmulink仿真一．Kuka KR40PA码垛机器人简介Kuka KR40PA机器人是一种有四个自由度的码垛机器人，有四个驱动器，很好地运用了平行四边形机构，固定其姿态从而大大简化了控制难度，并且提高了精度及寿命，本文所用kuka码垛机器人如下图所示：二、机构简图，及其简化。

1、机构简图如下：第一步简化原因：第一步我们简化了两个平行四边形机构，在此我们分析，这两个平行四边形机构的作用是约束末端执行器在XZ平面的姿态，即：使末端执行器始终竖直向下。

在此我们人为的默认末端执行器始终竖直向下，不随前面传递构件的影响。

此时便可以将两组平行四边形机构去除而不影响末端执行器的姿态和位移。

第一步简化后机构简图第二步简化原因：在此我将主动杆1及连杆4去除。

杆1 2 3 4组成了一个平行四边形机构，因此β3=β2-β1.所以我们将杆1杆4去除，只要使β3=β2-β1便不影响末端执行器的位置和姿态。

第二步简化后的图形第三步简化原因：为了使参数更简洁，便于计算。

我们将杆2的第一个关节与第一个旋转轴相交，这样简化的模型更好计算。

不影响总体机构的功能。

最终简化后的机构简图三、建立连杆坐标系。

如下图：四、D-H参数表五、求正运动学公式T10=[c1−s1s1c1000000001001]T21=[c2−s2000010−s2−c2000001]T 32=[c3−s3s3c30l 20000001001] T 43=[c4−s4s4c40l 30000001001] T 54=[c5−s50000−10s5c5000001] T 10=[c1−s1s1c1000000001001]T 20= T 10*T 21=[c1c2−c1s2s1c2c1000000001001]T 30= T 20*T 32= [c1c2−c1s2s1c2c1000000001001] T 40= T 30*T 43= [R40l 3c1c23+c1c2l 2l 3s1c23+s1c2l 200−l 3s23−s2l 201] 由于平行四边形机构的存在使得R 41= [−10000110]R 40= R 10*R 41=[c1−s1s1c100001] * [−1000 00 110] = [−c10−s10−s1c1 0 10] 所以 T 40= [R40l 3c1c23+c1c2l 2l 3s1c23+s1c2l 200−l 3s23−s2l 201]=[ −c1 0−s1l 3c1c23+c1c2l 2−s1 0c1l 3s1c23+s1c2l 20 1 0−l 3s23−s2l 20 0 01]T50= T40*T54=[ −c(1−5)−s(1−5)0l3c1c23+c1c2l2−s(1−5)c(1−5)0l3s1c23+s1c2l2 0 0 −1−l3s23−s2l20 0 01]雅克比矩阵：J50=[J V5J w5]=[−l3s1c23−s1c2l2−l3c1s23−c1s2l2−l3c1s2300l3c1c23+c1c2l2−l3s1s23−s1s2l2−l3s1s2300 0−l3c23−l2c2−l3c23000−s1−s1−s100c1c1c101000−1]至此正解完成。

机器人运动学建模与动力学仿真分析机器人一直以来是人类最喜欢的机械产物之一。

它们已经在许多领域中得到了广泛应用，从工业生产到医疗，从军事到普通家庭，都有机器人的身影。

然而，机器人的行为不可能只受简单的人工指令控制，在设计和创建机器人时，必须考虑它们如何使用传感器和算法自主进行运动控制。

这就需要对机器人进行运动学建模和动力学仿真分析。

机器人的运动学模型描述了机器人的位置和方向，以及机器人在三维空间中运动的方式。

运动学模型通常由连接在一起的“关节”组成，每个关节提供机器人在空间中运动的自由度。

一个典型的机器人通常由多个关节组成，在每个关节处都有一个旋转或平移关节。

关节的旋转和平移由马达或气动驱动器等装置控制，以允许机器人进行复杂运动，从而能完成其指定的任务。

机器人的运动学模型可以用数学的方法来表示，其中一个广为人知的方法是丹尼·德文波特的变换题。

这个题的思想是将机器人从其基本位置（被定义为零位）旋转和移动，函数将这个位置映射到全局坐标系统中。

对于机器人中每个关节，将“关节空间”中的变化转换为“工作空间”中的直线和角度转换，从而得到机器人的整体位置和方向。

机器人的动力学模型描述了运动学之外的一些物理特性，如质量、惯性、摩擦力等，从而解释与力学和动力学相关的运动。

这是在机器人仿真系统中进行动力学仿真分析的关键所在之一。

通常情况下，机器人的惯性和摩擦力对动力学非常重要，它们直接影响机器人的运动和位移。

在设计机器人时，考虑这些因素是至关重要的，否则机器人可能会无法完全精确地执行指定的任务。

了解机器人的运动学和动力学模型有许多好处。

首先，它们可以帮助设计师更好地理解机器人的基本运动和设计风格。

其次，运动学和动力学模型也可以用于控制机器人的运动。

例如，运动学模型可以将圆轴坐标转换为笛卡尔坐标，并为控制器提供所需的坐标信息，以使机器人在空间中移动。

同时，动力学模型可以帮助设计师制定适当的控制器 PID（位置、积分、微分）参数，以保证机器人的稳定性和运动精度。

输油管道内检测机器人结构设计与仿真
孙乐辰;万菁菁;杜天昊;杨峰
【期刊名称】《石油机械》
【年(卷),期】2022(50)12
【摘 要】为了对常用型号的输油管道进行快速、准确的检测,设计了一种能够自主
独立运行、搭载检测设备、保证较大范围的变径、适应较小直径管道的内检测机器
人。该机器人可凭借自身动力在管道中行进,同时还可以利用超声波探伤,对管壁上
包含腐蚀、裂口、错位及障碍物等多种缺陷进行探测并记录缺陷所在位置。该管道
机器人采用有源驱动模块,可在输油管道内独立运行,额定运动速度为5 cm/s,最大
测试距离为1 km,最小过弯半径为813 mm,驱动模块使用了同步带,大大增强了越
障能力及运动的稳定性;其中的升降式变径机构的变径范围可以达到114~325 mm;
其探头理想探测范围占管道内壁面积的84%。该项设计可为石油运输管道缺陷的
检测提供参考。

【总页数】10页(P124-133)
【作 者】孙乐辰;万菁菁;杜天昊;杨峰
【作者单位】北京交通大学机械与电子控制工程学院;中国石油化工股份有限公司
胜利油田分公司东辛采油厂

【正文语种】中 文
【中图分类】TE832
【相关文献】
1.管道缺陷超声波内检测机器人运动特性仿真2.斜拉桥缆索检测机器人结构设计与
运动仿真3.油气管道内退磁检测机器人结构设计4.地下管道内检测雷达机器人动
力学仿真分析5.埋地管道磁记忆检测机器人机械结构设计与运动学仿真

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城市排水管道清理机器人变径机构优化设计Optimal design of reducing mechanism of urban drainage pipe cleaning robot肖 程1，涂福泉1，幸 垚2，雷 达1XIAO Cheng 1, TU Fu-quan 1, XING Yao 2, LEI Da 1（1.武汉科技大学 冶金装备及其控制省部共建教育部重点实验室，武汉 430081；2.三峡大学 国际文化与交流学院，宜昌 443000）摘 要：针对老旧的城市排水管道出现的结垢、被腐蚀等复杂的环境，提出了一种基于三轴驱动结构和具有径向柔性调节特性的履带式排水管道清理机器人。

介绍了机器人的结构组成和自适应柔性调节机构的工作原理，建立了可调节机构的力学模型，分析了可调机构的力学性能，利用ADAMS参数化建模与优化设计建立了仿真试验模型，以测量的弹簧柔性力的峰值最小为目标函数，使用OPTDES-GRG算法对自适应调节结构进行了优化计算，得到了满足约束条件的最优杆长参数，提高了机器人的变径性能。

关键词：管道机器人；变径机构；ADAMS；优化设计中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2021)05-0089-04收稿日期：2019-12-26基金项目：面上项目（51975427）作者简介：肖程（1995 -），男，湖北仙桃人，硕士研究生，研究方向为智能机器人。

0 引言随着我国城市化建设如火如荼的进行，老旧的地下管网已不能满足城市居民的日常生活排水需求，城市排水管道担负着集运送城市污水、雨水的重要功能[1]。

在每年的汛期，大部分老旧城区会遇到排水道堵塞而导致的“水漫金山”式的内涝，而排水管道日常难以清理造成淤泥的堆积、积垢正是重要的影响因素之一。

影响排水管道堵塞主要有两个方面的因素[2]：一是由于排水管道的更新建设没能跟上城市化建设的步伐，当污水流量突增时来不及排出导致堆积；二是由于排水管道管理运营的不合理，管道由于没能定期的科学维护出现结垢、腐蚀等问题影响了管道的输送能力。

2023年第47卷第5期Journal of Mechanical Transmission自适应管径全驱式管道机器人结构设计与分析郑立康冯永利李占贤刘振华（华北理工大学机械工程学院，河北唐山063210）摘要针对管道焊接完成后内部情况无法通过人力检测的问题，提出了一种可在焊接管道内自主检测的管道机器人。

该机器人能够自主适应管径的变化，以解决当前机器人通过人为控制支撑机构造成的控制复杂、控制精度不高等问题。

首先，给出了管道机器人的设计需求，介绍了管道机器人整体结构与工作原理；然后，对机器人的支撑机构进行了方案设计和受力分析，分析了管道机器人整体结构的几何约束以及在弯道中的运动约束；最后，基于Adams软件对提出的方案进行仿真实验，验证了其在管道内的通过性。

关键词管道机器人自适应管径独立驱动结构设计Structural Design and Analysis of Adaptive Pipe Diameter Full Drive Pipeline RobotsZheng Likang Feng Yongli Li Zhanxian Liu Zhenhua（College of Mechanical Engineering, North China University of Technology, Tangshan 063210, China）Abstract Aiming at the problem that the internal condition of the pipeline can not pass the manual inspection after the completion of welding, a pipeline robot which can independently inspect the welded pipeline is proposed. The robot can adapt to the change of pipe diameter autonomously, so as to solve the problems of complicated control and low control precision caused by the artificial control of the support mechanism. Firstly, the design requirements of the pipeline robot are presented, and the overall structure and working principles of the pipeline robot are introduced. Secondly, the scheme design and force analysis of the supporting mechanism of the robot are carried out, and the geometric constraints of the overall structure of the pipeline robot and the movement constraints in the bend are analyzed. Finally, Adams software is used to simulate the proposed scheme to verify its passability in the pipeline.Key words Pipeline robot　Adaptive pipe diameter　Independent drive　Structural design0 引言在现代社会，管道运输在天然气、油液等运输方面尤为重要，但由于管道受到振动、重压、腐蚀、气温等外部环境的影响以及自身影响经常出现损坏，导致管道的安全性面临着较大的问题。

履带式管道机器人设计及仿真研究费振佳;张继忠;张磊;王潇;卢群【期刊名称】《青岛大学学报（工程技术版）》【年(卷),期】2016(031)002【摘要】针对现有管道机器人越障能力差、机械结构复杂、不便于控制操作和适应管径尺寸单一等诸多问题,本文设计了一款具有主动适应功能的履带式管道机器人.利用Solid-Works软件对该机器人进行三维数字化设计,建立了三维模型,并将该机器人模型导人Adams中,建立仿真模型.仿真结果表明,当倾斜度为0°,姿态角在0～360°范围变化,管径在200～300 mm范围内变化时,随着姿态角的变大,单个履带轮所需螺旋机构驱动力呈现抛物线形曲线变化,最小值为255.22 N,最大值为296.89 N,经过理论计算,当管径和倾斜度固定不变,不管姿态角如何变化,螺旋机构轴向总驱动力都是828.17 N,不会发生变化.但随着管径的增大,螺旋机构轴向总驱动力会逐渐减小,最大值为939.23 N,最小值为494.25 N,这是因为管径变大,主动曲柄与管道轴向夹角随之变大,虽然径向方向支撑力变大,但轴向方向分力减小的更多,所以合力总体减小.该研究数据结果为其以后的实验研究奠定了理论基础.【总页数】6页(P37-42)【作者】费振佳;张继忠;张磊;王潇;卢群【作者单位】青岛大学机电工程学院,山东青岛266071;青岛大学机电工程学院,山东青岛266071;中国海洋大学工程学院,山东青岛266100;中国海洋大学工程学院,山东青岛266100;青岛大学机电工程学院,山东青岛266071【正文语种】中文【中图分类】TP242.3【相关文献】1.自变位履带式管道机器人动力学分析及仿真研究 [J], 赵栋2.基于Solidworks的履带式管道机器人结构设计与实现 [J], 张保真; 王战中; 杨晨霞3.新型履带式管道机器人变径机构动力学分析与仿真 [J], 张保真; 王战中; 杨晨霞4.履带式管道机器人的结构设计与运动学分析 [J], 李帅衡5.新型履带式管道机器人变径机构动力学分析与仿真 [J], 张保真; 王战中; 杨晨霞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种管道探测蛇形机器人的建模仿真与实验研究摘要：在管道探测领域，蛇形机器人是一种常见的机器人类型。

蛇形机器人具有良好的运动灵活性和适应性，因此广泛应用于各种管道环境的探测任务。

本文主要研究了蛇形机器人的建模仿真与实验研究。

首先，对蛇形机器人的物理模型进行了建模，采用MATLAB/Simulink 软件进行仿真实验，并对模型进行了优化。

其次，设计了一个基于实际管道环境的实验平台，进行了实验研究，并对实验结果进行了分析与比较。

研究表明，蛇形机器人具有良好的探测能力和运动稳定性，可广泛应用于各种管道环境的探测任务中。

关键词：蛇形机器人、管道探测、建模仿真、实验研究一、引言管道探测是一项非常重要的任务，可以广泛应用于石油、化工、城市供水、煤气、电力等领域。

然而，由于管道的长、窄、弯曲等特点，使得对管道内部进行探测非常困难。

因此，机器人技术在管道探测领域得到了广泛的应用。

蛇形机器人是一种常见的机器人类型，具有良好的运动灵活性和适应性，因此广泛应用于各种管道环境的探测任务。

本文主要研究了蛇形机器人的建模仿真与实验研究。

首先，对蛇形机器人的物理模型进行了建模，采用MATLAB/Simulink 软件进行仿真实验，并对模型进行了优化。

其次，设计了一个基于实际管道环境的实验平台，进行了实验研究，并对实验结果进行了分析与比较。

二、蛇形机器人的建模仿真1.蛇形机器人的物理模型蛇形机器人是由一系列连续的节段组成的，每个节段之间通过球面接头相连。

每个节段内部装有电机、行进轮、传动装置等组件。

蛇形机器人的工作原理是，通过电机的驱动，使得每个节段的行进轮同时运动，从而达到整体的运动目的，具体过程如图1 所示。

图1 蛇形机器人的工作原理2.蛇形机器人模型的建立为了对蛇形机器人进行仿真实验，需要建立蛇形机器人的数学模型。

根据机器人的物理结构，可以建立如下的运动学模型：其中，θi 表示第i 个节段的转角，l 代表节段的长度，R 表示球面接头的半径，a 表示球面接头与节段的夹角，n 表示节段的数量。

一种管道机器人的结构设计与性能分析管道机器人是一种专门用于管道内部检测和维护的机器人。

它具有强大的适应性和灵活性，并且可以在不同形状、尺寸和材料的管道内进行操作。

在实际应用中，管道机器人能够有效地提高工作效率，减少人力资源和维修成本。

本文将探讨管道机器人的结构设计和性能分析。

一、管道机器人的结构设计1.机身结构管道机器人的机身主要由外壳、底盘和轮子组成。

外壳通常由高强度塑料或金属材料制成，具有较强的耐油、耐温和耐磨损性能。

底盘可以根据管道的不同形状适当调整，以保证机器人在管道内能够保持平衡和稳定性。

轮子的设计通常考虑到摩擦力和稳定性，使机器人能够有效地在管道内运动。

2.传动系统传动系统是管道机器人的核心组成部分之一，它由马达、传力装置、减速器和轮子等组成。

机器人的前后进和转向操作由传动系统中的电动机和减速器等组成。

同时，在机器人的设计过程中，减速器的设计需要根据机器人的重量和管道内的摩擦系数等因素来确定。

此外，传动系统必须确保机器人的稳定性和可靠性，以保证机器人在工作时能够持续高效地运动。

3.传感器系统传感器系统主要用于管道机器人的定位、检测和监控。

其中包括云台式摄像头、温度探头、湿度探头和烟雾探头等。

这些传感器能够对管道内的各项数据进行实时监测和分析，确保机器人在管道内能够准确获取所需信息。

4.电源系统电源系统主要包括电池、变压器、关联线路和充电设备等。

机器人的电源系统必须满足续航时间、充电效率和使用寿命等方面的高标准要求。

电池通常采用高效锂电池，具有较长的使用寿命和稳定性。

5.控制系统管道机器人的控制系统是机器人的灵魂，可以实现对机器人的远程操作、精准导航和实时数据监测等。

在控制系统中，主要包括单片机、编码器、传感器和通讯模块等，它们能够协调控制机器人的动态性能和定位精度等。

二、管道机器人的性能分析1.运动性能针对管道机器人在不同管道内的运动性能分析，主要包括前、后进速度和克服管道摩擦力等研究。