管道爬行机器人设计开题报告

1. 研究目的与意义

在日常生活的自来水供应、煤气供应、飞机、船只、潜艇、核发电厂等环境中，存在着大量的管道。这些管道在经过段时间的使用之后， 由于腐蚀、重压等原因，不可避免地会出现裂纹、湖孔等现象，随着工业管道的大量使用,管道需要检测、维修、清理亟待解决,而管道是一种特殊环境,其特点是空间狭小,存在大量的非结构性管道,长期使用会造成堵塞,需定期清理,传统的人工清理维修显得极不现实有些管道甚至由于污物无法排除面堵死，所以必须进入管道内部定期地对其进行检修，必要时进行疏通。然而管道内部往往是人们不易直接到达或不允许人们直接进入的，检修难度很大，管道机器人正是为了满足高效准确的管道检测维护任务而出现并发展起来的，其能够胜任通常采用人工作业的方式来完成的任务，降低了作业劳动强度高，提高了效率，井且能够进入狭小的空间，完成些人力不便的工作，相较于传统的工人下井检查手段或者潜望镜辅助检查手段,不但大大减少了养护工人下井频率和职业病患病率,还显著提高了管道病害检查的准确性及效率,比如常见的裂纹、漏孔、堵塞等病害,保证问题管道的后续治理工作能够对症下药。本次设计的目的在于设计一个伸缩装置，可以适应更小的管道。以及装置一个360度红外线摄像头，更有效的清洁检测。

2. 国内外研究现状分析

国外：

目前国内外学者已经研制出了多种管道攀爬机器人,攀爬机器人有履带式、框架式、轮式、步行式等，1978年法国的j1vertut最早提出轮式管道机器人的行走机构模型。日本东京工业大学早在1993年开始研究管道机器人,他们成功研制出适用微小管道机器人。最新技术使机器人可以小型化足以通过小直径约4英寸的管道。wang z, appleton e设计了一种可用于地震救援和管道维修的管道爬行机器人的控制算法和设计，机器人的设计能够智能地改变它的身体形状，以适应碎石中的管道或隧道状空隙。

国内：

3. 研究的基本内容与计划

内容：研究的基本内容目前，管道机器人的驱动方式有自驱动（自带动力源）、利用流体推力、通过弹性杆外加推力三种方式。采用双步进电机驱动，通过谐波减速器将动力传递给行走装置。尽管自驱动管内机器人行走可以采用的轮式、脚式爬行式、蠕动式，履带式等多种形式，在进行清洗时候，要求系统必须保证喷头具备一定的对中性能，能适应不同的管径变化，对于在行进过程中，管内可能出现凸凹不平情况，机器人还应具备一定的越障能力。

本设计针对轮式管道机器人的研究，设计机构在一定的管径变化范围内，具有常封闭特性，增加了载体的稳定性和可靠性，机构具有自适应调节的功能。它的优点在于驱动方便，速度快，一方面有着其他笨重车型不可比拟的速度，另一方面简化了足行机器人复杂的驱动，同时兼备了优秀的灵敏度。本设计管道机器人设计的目标是研究一种用于管道内壁清洁的管道机器人，该机器人是用于作为携带作业工具进行管道清洗的移动载体和清洗管道的机械执行机构，要求其完成管道内壁的清洗和检测任务。本文的主要研究内容是:1、管道机器人的总体设计。根据机器人的作业环境特点确定管道机器人的总体结构，并对机器人的行走机构进行合理设计，要求其可靠、高效率完成水平管道的清洗任务。2、弯管独立轮式驱动转向特性。爬行器爬行的最小内径为 400mm，管道最大内径900mm，基于平行四边形轮腿机构 、采用丝杠螺母调节方式的管径适应调整机构适合轮式驱动管道机器

人, 采用这种机构可以提高管道机器人的牵引能力,适应不同直径的管道检测 。3、机器人移动机构驱动特性的研究。建立评价几何变径特性的数学模型，并给出移动机构力学特性、变径特性及越障能力的详尽分析。采用stm32f103rc为核心的控制系统控制机器人的运动,利用红外通信来实现人机交互,利用三维软件solid works进行有限元实体建模,利用solidworks simulation对机器人进行应力分析,得到应力分析图,为机器人的优化设计提供参考依据。利用solid works软件完成各子模块的虚拟建模、结构布置和虚拟装配。

4. 研究创新点

装有360无死角红外线摄像头，可以对障碍物进行扫描识别，更有效的清扫管本设计采用轮式结构，轮式结构具有结构简单、爬升速度快、控制方便、负载大等优势。此管道机器人可以在内径最小400mm的管道中进行检测、清洗等。