新型微小管道机器人驱动特性分析

研制了一种具有"大驱动、快速、长距离运动"综合性能的新型微小管道机器人。机器人采用电机驱动蠕动式爬行方案,主要包括自调节支撑机构、柔性保持机构、软轴驱动机构、卸载机构等,适用于直径为15~20mm的微细管道。在介绍了工作原理及机构组成的基础上,对各机构的力学特性进行了分析。虚拟仿真和样机试验表明,机器人能顺利通过曲率半径不小于80mm的弯管,移动速度为8~10mm/s,具有0~90°爬坡能力,可双向移动,其负载能力不小于10N,载重自重比可达6.67∶1。     

管道在线检测技术及检测机器人研究

概述了管道检测技术发展现状,介绍了最新检测技术的原理,分析了管道内检测机器人的技术要点,概括介绍了课题组在差压式管内检测机器人周围流场建模与仿真、腐蚀环境下管道钢裂纹群演化的混沌动力学、差压式管内检测机器人的通过性能、管内检测机器人运行速度和姿态分析及运动状态控制、管内检测机器人小型化、小型化管内检测机器人检测精度、小型化管内检测机器人定位精度及管道剩余寿命的预测方法等方面的研究进展,为今后的研究打下了坚实的基础。     

差压式管道内检测机器人驱动力与速度分析

差压式管道内检测机器人是利用管道中流动介质压力差驱动的检测装置，机器人受力情况及周围流场分布对其运动状态有着重要的影响。通过对检测机器人受力分析和数值模拟，讨论了影响给定机器人驱动力的主要因素，得到了以水为流动介质在水平管道情况下，水流速度与机器人稳态速度的近似关系式，为以后进一步研究机器人定位提供帮助。     

一种管道机器人电磁离合器的设计

针对管道检测作业安全性问题,研制了一种确保管道机器人可安全退出管道的电磁离合器。该离合器直径Φ42mm,长220mm,动作行程10mm,结构紧凑,可传递较大转矩。详细介绍了电磁离合器机构及其工作原理,分析计算了磁路与线圈发热量,应用拉格朗日-麦克斯韦方程推导出了该机构吸引力关于气隙长度的关系式,并通过有限元仿真软件对理论计算结果进行验证,对挡铁长度进行优化,最终依据理论结果研制了试验样机。     

管道机器人在三通处的通过性分析

三通是管道机器人经常遇到的典型障碍之一,克服该障碍的能力用管道机器人在三通处通过性来描述。文中提出一种描述差压驱动式管道机器人三通通过性的数学模型,该模型由一组组合约束构成。通过对约束方程的分析讨论、与管道机器人弯道通过性的对比分析,得出了规律性的结论。管道机器人在三通处的姿态、单元体的几何尺寸、行走轮结构形式对其通过性都有不同程度的影响。所提出数学模型是管道机器人三通自主行走控制策略设计和相应结构设计的理论基础。     

差压式管道内检测机器人启动过程模拟仿真

基于CFD软件Fluent提供的计算方法,利用动网格技术和UDF(用户自定义函数),对差压式管道内检测机器人启动过程进行了动态模拟.该方法克服了以往静态研究的不足,更直观地反映了不同因素影响下机器人的启动情况.仿真结果表明:管内流体速度、机器人质量、管壁摩擦力、不同流体对机器人的启动过程都有明显影响.可为下一步研究机器...     

轮式移动焊接机器人自适应反演滑模控制

针对带有未知参数和有界干扰的非完整轮式移动焊接机器人的轨迹跟踪控制问题,从移动焊接机器人的运动学和动力学模型出发,结合自适应反演方法,提出了一种新型滑模变结构控制策略。采用滑模控制算法来抑制有界干扰,反演方法来提高系统的全局渐进稳定性,根据Lyapunov稳定性理论,将移动焊接机器人系统分成多个稳定的子系统,设计自适应控制律实现对总不确定上界的估计从而减弱系统的抖振,使参数摄动及外部扰动存在的情况下系统跟踪误差依旧收敛,满足了轨迹跟踪控制的要求。将提出的控制策略与常规的滑模控制算法进行对比分析,仿真结果表明了该控制策略的有效性。     

全液压驱动管道机器人公理化设计

随着管道机器人应用领域与任务需求的不断增大,机器人设计中存在的问题日益突出,如输出功能相互耦合、定位精度不高以及复杂环境下可靠性低。针对石油水平井对于管道机器人的特殊应用需求,将公理化设计理论应用到机器人系统设计中,创新设计一种基于挠性支撑结构的全液压驱动管道机器人。概述公理化基本原理与设计过程,对全液压驱动管道机器人进行概念设计,完成设计耦合性分析。确定机器人机械系统与液压系统具体结构组成,并分析其工作机理。应用AMESim软件,对机器人运动原理方案进行仿真分析,结果表明:全液压驱动管道机器人可以实现自动往复运动,牵引力可以达到30 kN,运动速度可以达到0.12 m/s;机器人牵引能力与运动速度可以完成单独调节,从而实现解耦设计。     

主动自适应悬架机器人概念样机及其配置模型和方法

未来的空间探测要求机器人系统具备高可靠性、高移动性,以胜任未知非结构的地理环境。结合自适应悬架机器人和主动悬架机器人的优点,创新提出主动自适应悬架机器人的概念。它是一类具有主动配置功能的自适应悬架机器人,在一般复杂地形环境下,利用移动机构的超静定特性自适应地形,在极端复杂环境下,主动调整悬架结构等移动机构的运动配置适应地形变化,获取最佳移动性能。设计了一种六轮主动自适应悬架样机,可实现折叠、翻到后起身,建立了机器人移动性能综合评价模型,并给出了相应的配置模型和主动配置方法,通过主动配置可明显提高主动自适应悬架机器人的移动性能。     

两栖仿生机器人登陆自适应越障机构优化设计

两栖仿生机器人是一种能够同时在水下和陆地工作的无人平台,在抢险救灾、环境勘探与资源开发等领域具有广泛应用。本文提出了一种具有自适应登陆越障能力的轮鳍复合式两栖机器人,对其越障过程进行了运动学与力学分析,以其在临界越障时刻转矩为目标函数,应用遗传算法优化设计了结构与运行参数,同时与其他两栖机器人越障能力进行对比。结果表明,优化后越障所需转矩相比优化前降低了718.4 N·mm,轮鳍复合式机器人能够攀越相比自身尺寸更高的垂直障碍。模拟仿真了所设计机器人的越障过程,获得了其在平地行走、越障以及上坡推进过程中的速度、位移与力矩的变化规律,并通过实验进行了验证。     

螺旋轮式管道检测机器人驱动电动机的控制

分析了螺旋轮式管道检测机器人驱动系统的组成和原理,给出了管道机器人驱动电动机的控制策略,并设计了电动机的控制系统.根据机器人的运动参数分析管道状况,研究了驱动电动机的控制过程,为下一步精确控制管道机器人的驱动电动枳嵌供了参考.     

差动式快开阀开阀过程动力学分析与仿真

以电磁阀为先导阀,自力式差压控制的快开阀用于模拟产生管线发生破裂时的瞬间泄露工况,在设计时间内快速、稳定的开启是该阀研制的关键技术难点.分析了差动式快开阀的机构及开启原理,以流体力学基本理论为基础,建立了压降随开度变化的关系,完成了阀门开启过程动力学分析与仿真计算,得到了不同阀门开度下的开启时间、速度及加速度,阀芯运动...     

金属磁记忆管道检测机器人的应用研究

阐述了金属磁记忆检测技术的基本原理及磁记忆检测机器人的研究现状,针对存在的问题,基于形态分析法对不同驱动形式的机器人进行优选。提出了一种适用于150mm管径的螺旋轮式机器人驱动系统,对机器人的动力系统和检测单元进行设计,为长输管道磁记忆检测机器人的结构设计和优化提供了有益参考。     

基于流场特性的管内检测机器人的外形优选研究

管道内检测机器人的结构形状是影响其运动学、动力学特性的关键因素,在机器人设计中占有重要地位。在合理提出一些基本假设后,用二阶迎风差分格式离散管道内检测机器人附近流场的控制方程,并用SIMPLE算法求解,得到了7种不同形状的管道内检测机器人所受的差压驱动力及其周围的流场信息,并对这几种结构的CFD特性作了比较。最后综合空化条件、驱动力、腔内有效体积和加工难度等因素,确定了上游半球形结构为设计形状。     

螺旋轮式管道检测机器人越障性能研究

建立了一种螺旋轮式管道检测机器人驱动系统的三维模型，对驱动系统通过凸台和三通的能力进行了动力学分析。研究了预紧弹簧刚度和预紧力对螺旋轮过凸台能力的影响，讨论了过三通时的几何约束和动力学约束条件，并通过算例分析，验证了模型的正确性。     

3种不同形状电枢对线圈炮发射性能影响的仿真分析

分析电磁线圈炮基本原理，建立单级感应线圈炮数学模型，并借助Matlab仿真软件，对3种不同形状（锥体、半球体和圆柱体）电枢的线圈炮进行仿真。分别得到电枢与驱动线圈之间互感与互感梯度的相对位置变化曲线、电枢内涡流分布及随时间变化曲线，3种发射器在同一坐标下的射弹电磁力-时间和速度-时间变化曲线。通过对比分析，确定了线圈炮合理的电枢形状，为线圈炮的系统结构设计奠定了基础。     

机器人操作空间加速度信号应用研究

机器人力控制存在着动力学不稳定性问题，即系统响应速度和稳定性之间的矛盾。在操作空间一级引人加速度正反馈，既能使系统的响应频带变宽，又能提高系统阻尼。这种方法能有效地提高机器人对高刚度环境的适应性，使力控制的动力学不稳定性问题得到明显地缓和；另外本文研究了用加速度积分信号代替位置差分速度信号来消除差分噪声，提高力控制精度方法的应用前景。