多节步进式管道机器人设计+文献综述(4)
总结了本机器人所实现的功能，性能指标，提出了本设计还可以改进的地方。
通过此次对管道机器人的设计，要掌握机器人结构设计的基本方法与控制系统的搭建方法，培养综合运用所学的理论知识去解决实际问题的能力，为今后从事实际工程设计打下基础。
2 多节步进式管道机器人总体设计
2.1 多节步进式管道机器人总体方案
在设计前，认真分析轮式管道机器人、履带式管道机器人和蠕动式管道机器人的优缺点，在利用三者长处的基础上设计出本多节步进式管道机器人。结合目前对管道机器人的研究，对于本机器人有如下设计要求：
（1） 该机器人有快速运行能力，在水平管道内的速度高于6m/min。
（2）能够在竖直管道内行走，且速度不低于4m/min，而且要能在管道内任意位置暂停，在该处停留工作。
（3）有良好的承载能力，能够搭载管道内检测和清洁的工具。
（4）有较好的越障能力。
（5）较强的弯道通过性能。
（6）能够在管径为 190- 210mm之间的任意管道内工作。
（7）所设计的多节步进式管道机器人总质量不能超过4kg 。
（8）操作人员能够在操作平台控制此管道机器人。
本设计中的机器人的主要用途是作为载体，搭载检测设备在管道内运行，要求能够适应一定范围内的管径变化，能够通过弯道，能够在竖直管道内爬行和暂停工作。要实现这些功能，本文将每个功能模块化设计，用某一机构来实现其中一种功能。
传统的轮式管道机器人具有速度快的特点，但是不能在竖直管道内工作，于是可以这样考虑，在水平和小倾角管道内采用轮式驱动方式，履带式驱动方式较好解决了压力—摩擦力之间的矛盾，缺点是履带式的比较笨重，运动速度慢，在本设计中将履带换做同步带，整个装置会更小，运动速度可以提高；蠕动式管道机器人依靠机身对管壁的张紧，可以实现在竖直管道内的爬行，但是速度较慢；这样综合起来，本机器人可以采用两种驱动模式，根据工作环境是小倾角管道还是大倾角管道进行切换。
目前，管道机器人要适应不同的管径采取的方式大多是弹簧调节，即管径变化之后，压紧轮子的弹簧产生变化，使机器人的轮子始终贴紧于管壁。但是这种调径方式由于轮子始终与管壁压紧，而且压紧力随着管径还有变化，所以，机器人始终有一个额外的负载，管径大，负载小，管径小，负载更大。所以这种被动调径方式不适合运用在本设计中。对其进行改进，改为主动控制的调径机构，这样就可以人工控制机器人与管壁的张紧程度，减少机器人的能耗。所以，本机器人对管径的调节部分是一个主动控制方式的调径机构。
本机器人还要求能够通过弯道，查询相关论文后，发现机器人能否通过某一直径管道的弯道与机器人的长度有关，机器人不能细而长，所以本机器人设计成多节式，每节的最大长度需要根据计算得到。每节机身之间要做成柔性连接，可以考虑万向节连接，也可以考虑柔性材料连接。
机器人在管道内运动时，机器人中心最好保持与管道中心重合，这样机器人的运动更加可靠，为了实现中心的重合，本机器人的驱动装置设计成沿机身外圆周相隔120°均匀的三组。
另外，要求能够在管道外操作人员对机器人进行控制，这主要是对机器人电机的控制，控制相应的电机向某一方向转动一定角度，实现所需要的运动。对电机的控制需要用到单片机和单片机开发板，如果需要精确对机器人进行控制，还需要一些传感器。本机器人可以把控制平台置于管道外，通过电缆与机器人相连，所需电源置于管道外，这样减轻了机器人的重量。
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