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履带式管道机器人方案

时间:2017-08-15


履带式管道自动清灰机器人设计方案

适用环境要求
适用管道形状:圆形; 适用管道直径、长度:管道直径500~800mm;管道长度不超过50m; 适用管道的布置:水平直管道和小于5度的倾斜直管道; 管道连接部分内壁错位高度不超过10mm; 管道内壁沉积粉尘可能为铁粉尘、铝镁粉尘或面粉; 适用于有水平或竖直分支口的管道,分支口直径为主管直径的3分之2。

行走方式
序号 方式 工作原理 优点 结构简单,控制灵活, 平坦路面性能优越 缺点 复杂管道通过性能差,越 障能力不足 1 轮式

2

螺旋式

驱动效率高,牵引力大, 运动速率较慢,清扫机构

运动平稳,
牵引附着性能好,越障 能力较强 越障能力好,弯道通过 性能强 越障能力优越,适用于 不平整管道 弯管,坡度较大或竖直 管道通过能力强

设计复杂
摩擦力大,对于平坦路面 能量利用率低 姿态和运动控制复杂,负 载能力差 步态规划复杂 控制困难,效率低 运动速度慢 工作效率较低

3

履带式

4

蛇形式

5

多足式

6

蠕动式

考虑到管 道壁较薄, 无法承载 较大压强, 采用履带 式结构, 并采用三 轮腿结构 以增强机 器人在管 道中行进 的稳定性

总装配图

履带结构

履带采用一体成型橡胶履带,外轮廓为圆弧形,直径500mm, 以适应最小500的管径,管径大于500时,两侧负重轮下压,改 变履带形状使其与管壁贴合,增大履带与管壁接触面积。

动力
由于管道内壁沉积粉尘可能 为铁粉尘、铝镁粉尘或面粉; 考虑防爆,采用气动或者软 轴驱动。本处设计采用阿特 拉斯· 科普柯公司的一款气动 马达作为驱动装置,若采用 软轴,则修改其中减速器及 部分连接件结构即可。

变径机构
1蜗轮蜗杆调节方式

2升降机调节方式

3丝杠螺母副调节方式

参考上海交通大学颜国正等人的 研究,本设计方案采用第三种调 节方式。

变径机构

采用气动马达驱动,丝杠螺母与连杆机构的组合,能适应500mm~800mm的管径。

越障

1驱动轮;2行星减速器;3气动马达;4导轮;5绞牙减 振器1;6绞牙减振器2
通过弹簧压缩,可以减小上下履带间距,以跨越障碍,最大可跨越20mm障碍, 三轮腿结构相同,亦可以保证三条轮腿在管道截面不是标准圆形的情况下总能与管 壁保持良好接触。安装时绞牙减振器可以调节弹簧高度,使履带张紧。

属性

对于800mm管径,支管直径最大在500mm左右,两倍的履带接触长 度,可以使在轮腿刚好处于支管上时仍能直接通过,若支管直径小 于500或支管不处于特定位置时,可减小滤袋长度,使结构更加紧凑。


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