管內(nèi)步伐式行走機(jī)器人

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1、 1 管道機(jī)器人的發(fā)展 1.1課題的背景及來(lái)源 本課題來(lái)源于實(shí)際運(yùn)輸煤氣作業(yè)中所遇到的困難，許多城市煤氣回收萘不徹底，造成在主管道內(nèi)結(jié)萘，管內(nèi)萘堵塞管內(nèi)面積超過(guò)50%以上，嚴(yán)重影響煤氣的運(yùn)輸，以清除管內(nèi)結(jié)萘為目標(biāo)，著手研制此管內(nèi)步伐式機(jī)器人。 1.2管內(nèi)機(jī)器人發(fā)展綜述 機(jī)器人是人類(lèi)新世紀(jì)的偉大發(fā)明之一，是傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)學(xué)與近代電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息科學(xué)和傳感技術(shù)等多學(xué)科綜合性高科技產(chǎn)物，它是一種仿人操作、高速運(yùn)行、重復(fù)操作和精度較高的自動(dòng)化設(shè)備，機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究發(fā)生根本性的變化，而且將對(duì)人類(lèi)的社會(huì)生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響

2、?？茖W(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，在各國(guó)之間綜合國(guó)力的競(jìng)爭(zhēng)，很大程度上取決于高技術(shù)之間的競(jìng)爭(zhēng)，作為機(jī)電一體化的最高成就——機(jī)器人技術(shù)作為高技術(shù)的一個(gè)重要分支，普遍受到了各國(guó)的重視，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造水平的不斷提高，極大的推進(jìn)了機(jī)器人的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)器人已經(jīng)成為了一個(gè)龐大的家族。 1.2.1機(jī)器人的定義 機(jī)器人技術(shù)是一種面向未來(lái)的現(xiàn)代化技術(shù)，機(jī)器人技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、基因技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等一樣，屬于高新技術(shù)。它設(shè)計(jì)的學(xué)科有材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、通訊技術(shù)、人工智能、數(shù)學(xué)方法、仿生學(xué)等等很多學(xué)科，所以機(jī)器人的定義也是多種多樣的，其原因是它具有一定的模糊性。目

3、前有幾個(gè)國(guó)際公認(rèn)的定義： 1979年美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)將機(jī)器人定義為：“可重復(fù)編程的多功能操縱器，設(shè)計(jì)成通過(guò)不同的編程動(dòng)作為執(zhí)行多種任務(wù)移動(dòng)原料、部件。工具或?qū)ｉT(mén)的設(shè)備。” 1984年12月國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織中的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)委員會(huì)所屬工業(yè)用機(jī)器人分會(huì)作出的定義：機(jī)器人是一種自動(dòng)控制下通過(guò)變成可完成某些操作或移動(dòng)作業(yè)的機(jī)器。 1988年法國(guó)的埃斯皮奧將機(jī)器人學(xué)定義為：機(jī)器人學(xué)是指設(shè)計(jì)能根據(jù)傳感器信息實(shí)現(xiàn)預(yù)先規(guī)劃好的作業(yè)系統(tǒng)，并以此系統(tǒng)的使用方法作為研究對(duì)象。 我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器人具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)

4、作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器”。 1.2.2我國(guó)管道機(jī)器人的發(fā)展、 哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄧宗全教授自1987年以來(lái)開(kāi)展管內(nèi)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下，較全面的研究了不同類(lèi)型的管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)模型，取得了很多的成果。在1995年哈工大與大慶油建公司合作研制成功的Φ660野外大孔徑管線對(duì)接焊縫工業(yè)X射線檢測(cè)系統(tǒng)，于1996年通過(guò)黑龍江科委主持的鑒定，在陜京管線上進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用，獲得成功。該機(jī)器人采用輪式行走機(jī)構(gòu)，雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，PWM直流脈寬調(diào)速，由工控機(jī)和MCS-552單片機(jī)共同控制，可自動(dòng)進(jìn)行圖像識(shí)別，在管內(nèi)移動(dòng)距離300m，在技術(shù)上解決了收放線的控制

5、問(wèn)題和長(zhǎng)距離強(qiáng)弱信號(hào)混傳干擾問(wèn)題。該項(xiàng)目以達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 圖1.1哈爾濱工業(yè)大學(xué)Φ660管道機(jī)器人 哈爾濱工業(yè)大學(xué)于1998年研制的水泥砂漿襯里噴涂補(bǔ)口作業(yè)機(jī)器人樣機(jī)（如下圖），該機(jī)器人采用輪履復(fù)合式行走方式，解決了穿越管內(nèi)凹型障礙的技術(shù)難題，針對(duì)水泥砂漿的流變學(xué)特性，所設(shè)計(jì)的螺旋送料裝置及離心噴涂裝置解決了水泥砂漿的補(bǔ)口難題。 圖1.2 清華大學(xué)于2001年研制出了一種輪式管道檢測(cè)機(jī)器人Pipesbot-I，如下圖所示，該機(jī)器人采用全驅(qū)動(dòng)直進(jìn)式結(jié)構(gòu)，由三個(gè)直流電機(jī)通過(guò)蝸輪蝸桿副，帶動(dòng)三個(gè)徑向均布的驅(qū)動(dòng)輪，通過(guò)一個(gè)剪形彈簧壓緊機(jī)構(gòu)使驅(qū)動(dòng)輪撐緊管壁，依靠摩擦力運(yùn)動(dòng)

6、。設(shè)計(jì)指標(biāo)為：行走速度1km/h，探測(cè)長(zhǎng)度1km/次，使用管徑Ф140mm-180mm。 圖1.3 2機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案 2.1模塊化設(shè)計(jì)理念 2.1.1模塊化設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 模塊化設(shè)計(jì)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)不斷發(fā)展的過(guò)程中逐步形成的，是一種設(shè)計(jì)方法。而模塊化設(shè)計(jì)思想?yún)s由來(lái)已久，其基本思想是以產(chǎn)品（系統(tǒng)）的總功能為對(duì)象，以功能分析為基礎(chǔ)，將整個(gè)產(chǎn)品分解為若干特定的模塊，然后通過(guò)模塊的不同組合，可以得到不同產(chǎn)品、不同功能的產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)的各種需求。 模塊化又稱(chēng)模件化，模塊化的定義有很多種，但是按其概念有如下的定義：由若干具有不同用途（或性能）并可互換的模塊，經(jīng)不同的組合，以滿

7、足不同需要的這種方法稱(chēng)之為模塊化。由此可見(jiàn)模塊化應(yīng)具有四個(gè)基本含義：①必須具有一定數(shù)量的模塊；②應(yīng)用系統(tǒng)組合原理；③最終要獲得能基本滿足各種不同功能的需要；④模塊化的可分性。 進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，必須首先把產(chǎn)品劃分為若干模塊，然后以模塊為基本單元進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，模塊合理劃分與否將直接影響產(chǎn)品的性能、外觀以及模塊通用化的程度和成本。模塊化產(chǎn)品，通常按功能將產(chǎn)品劃分為若干單元，并使功能單元獨(dú)立化，這些單元被稱(chēng)為功能模塊，然后由功能棉毛褲系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的總共能。 2.1.2管內(nèi)步伐機(jī)器人的模塊化設(shè)計(jì) 模塊的設(shè)計(jì)問(wèn)題是模塊化設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題，因此合理的劃分模塊并構(gòu)造模塊的結(jié)構(gòu)是模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。我們依

8、據(jù)功能劃分的模塊化設(shè)計(jì)方法，將管內(nèi)步伐式行走機(jī)器人劃分為加緊模塊和傳動(dòng)模塊兩個(gè)主要部分，模塊之間除標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械與電氣連接接口外，其設(shè)計(jì)相互獨(dú)立。 模塊化設(shè)計(jì)的核心思想是將產(chǎn)品進(jìn)行模塊劃分后，通過(guò)對(duì)某些模塊進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或變異設(shè)計(jì)得到新的產(chǎn)品。根據(jù)此思想，我們可以對(duì)管內(nèi)步伐式行走機(jī)器人進(jìn)行各種變異設(shè)計(jì)，滿足不同使用要求和應(yīng)用環(huán)境要求。 2.2管內(nèi)步伐式行走機(jī)器人的用途及工作原理 2.2.1管內(nèi)步伐式行走機(jī)器人的用途 近年來(lái)煤氣回收萘不徹底，造成主管道內(nèi)結(jié)萘，管內(nèi)結(jié)萘堵塞管內(nèi)大部分面積，嚴(yán)重影響煤氣輸送，以清除管內(nèi)萘為目標(biāo),研制管內(nèi)步伐機(jī)器人，該機(jī)器人可以完成自動(dòng)清除結(jié)在煤氣管道內(nèi)壁的萘

9、，可實(shí)現(xiàn)在管道內(nèi)雙向行走、自動(dòng)隨管道彎度轉(zhuǎn)向，可在重載條件下使用。、 2.2.2管內(nèi)步伐式機(jī)器人的工作原理 工作原理：管內(nèi)步伐式行走機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模仿人在井筒中四肢扶壁上下運(yùn)動(dòng)的模式。機(jī)器人由鏡面對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)單元組成, 二單元中間由萬(wàn)向節(jié)鉸鏈連接,可以自動(dòng)適應(yīng)管道彎度轉(zhuǎn)向，當(dāng)管道有彎道時(shí),后腳踩住管壁向前推進(jìn),機(jī)器人的前腿機(jī)構(gòu)自動(dòng)隨管道彎度轉(zhuǎn)向不需要專(zhuān)門(mén)控制。機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎最小曲率半徑由機(jī)構(gòu)決定。所以這種機(jī)器人是可以雙向運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)轉(zhuǎn)彎步伐式管內(nèi)機(jī)器人。 主要工作過(guò)程： 圖2.1 A、初始狀態(tài):前腳踩在管壁上,后腳在抬起狀態(tài)前后腿外擺到最大角度.(見(jiàn)圖1.1a) B、第一前進(jìn)步:前

10、后腿同時(shí)內(nèi)擺到最大角度,在腿內(nèi)擺過(guò)程中,前腳踩住管壁不動(dòng),連桿機(jī)構(gòu)拖動(dòng)身軀和后單元向前移動(dòng)一步(圖1.1a到b) C、第一次交換支撐腳:后腳外伸踩住管壁,同時(shí)前腳縮回抬起離開(kāi)管壁,實(shí)現(xiàn)支撐腳轉(zhuǎn)換,在交換支撐腳過(guò)程中,機(jī)器人沒(méi)有前后運(yùn)動(dòng)。(圖1.1b到c) D、第二前進(jìn)步:前后單元的腿同時(shí)外擺到最大角度,在擺腿過(guò)程中,后腳踩住管壁不動(dòng),連桿機(jī)構(gòu)拖動(dòng)身軀和前單元向前移動(dòng)了第二步.(圖1.1c到d) E、第二次交換支撐腳:后腳縮回抬起,前腳伸出踩住管壁, 同時(shí)前后腿外擺到最大角度恢復(fù)到初始位置,機(jī)器人沒(méi)有前后運(yùn)動(dòng)。(圖1.1d到a) 2.3管內(nèi)步伐式行走機(jī)構(gòu) 管內(nèi)步伐式機(jī)器人的機(jī)構(gòu)主要分為

11、3部分，有撐腳機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)、牽引機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等。下面分別介紹3種機(jī)構(gòu)，下圖為管內(nèi)步伐式機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 圖2.2 2.3.1撐腳機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng) 撐腳機(jī)構(gòu)的作用是使管道機(jī)器人被支承在管道中心線上。其機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)由電機(jī)(16)、小齒輪(15)、齒圈及平面螺紋(14)、滑桿(13)、腳靴(12)組成。當(dāng)電機(jī)(16)帶動(dòng)小齒輪(15)和齒圈(14)旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒圈背面的平面螺紋驅(qū)動(dòng)滑桿(13)在筒體(10)的徑向軌道內(nèi)外伸推動(dòng)腳靴踩在管壁上，電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑桿內(nèi)縮帶動(dòng)腳靴徑向抬起離開(kāi)管壁。腳靴三套在圓周上間隔120布置，三套腳靴同步伸縮,其動(dòng)作與車(chē)床三爪卡盤(pán)的

12、動(dòng)作類(lèi)同。三套腳靴伸出踩在管壁上時(shí),使機(jī)器人處在管道的中心線上。為了使機(jī)器人在腳靴縮回時(shí), 仍能維持在中心線上,安裝4 組輔助支承輪(18),每組三套, 在圓周上間隔120安裝,支承輪通過(guò)支承柱(19)、彈簧(20)分別與支架(3)和筒體(10)固連。當(dāng)撐腳縮回時(shí)支承輪使機(jī)器人基本上維持在管道中心線上。當(dāng)機(jī)器人行走過(guò)程中支承輪遇到障礙時(shí)彈簧被壓縮通過(guò)障礙。 2.3.2牽引機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng) 牽引機(jī)構(gòu)的作用是拖動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)。 牽引機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖2) 由電機(jī)( 1)、 螺桿(2)、螺母(5)撥銷(xiāo)(4)、撥桿(7)和支承桿(9)組成。當(dāng)電機(jī)(1)帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),螺母受撥桿的約束不能轉(zhuǎn)動(dòng)而沿螺桿軸向移動(dòng)

13、,固連其上的撥銷(xiāo)(4) 撥動(dòng)撥桿(7)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng), 由于腳靴(12) 鎖死在管壁上, 支承桿(9)不能向后運(yùn)動(dòng),撥桿(7)通過(guò)銷(xiāo)(6)帶動(dòng)支架(3)及其固連在(3)上的套筒(11)在筒體(10)內(nèi)向前滑動(dòng), 同時(shí)通過(guò)萬(wàn)向節(jié)(21)拖動(dòng)機(jī)器人的后單元，此時(shí)后單元的腳靴在抬起狀態(tài))向前運(yùn)動(dòng),整個(gè)機(jī)器人前進(jìn)。當(dāng)腳靴( 12)處在抬起位置時(shí), 撥桿( 7)通過(guò)支承桿( 9)推動(dòng)筒體在套筒(11)上向萬(wàn)向節(jié)方向滑動(dòng)改變了腿的姿勢(shì)。 2.3.3轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 　　轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的作用是使機(jī)器人能隨管道的彎曲自動(dòng)轉(zhuǎn)向通過(guò)彎曲管道。管道行走機(jī)器人由兩個(gè)鏡面對(duì)稱(chēng)的單元組成,兩個(gè)單元的套筒間由萬(wàn)向節(jié)( 21)連接

14、, 這是一個(gè)十字萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu),可使前后兩單元在任意方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)管道彎曲時(shí)萬(wàn)向節(jié)可自動(dòng)轉(zhuǎn)向適應(yīng)彎曲管道,這樣機(jī)器人通過(guò)彎曲管道時(shí)無(wú)需專(zhuān)門(mén)進(jìn)行檢測(cè)和控制。 2.4步伐機(jī)器人的本體技術(shù)要求 機(jī)器人設(shè)計(jì)的目的是靠行走來(lái)清除管道內(nèi)的堵塞物，因此，首要的目標(biāo)是使機(jī)器人能夠在較長(zhǎng)的管道空間內(nèi)安全可靠的爬行，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的使機(jī)器人移動(dòng)靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，滿足一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性要求。 2.4.1支撐機(jī)構(gòu)的技術(shù)要求 根據(jù)步伐機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，撐腳機(jī)構(gòu)是主體，所產(chǎn)生的支撐力應(yīng)能保證機(jī)器人在單步運(yùn)動(dòng)中一端鎖定在管壁中，使機(jī)器人在單步工作中保持穩(wěn)定。在支撐-放松過(guò)程中能自

15、如的進(jìn)行，有一定的機(jī)械自鎖能力提高安全性。 對(duì)撐腳機(jī)構(gòu)的要求是：能夠產(chǎn)生足夠大的支撐力；放松和支撐能夠收放自如；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕量化。 2.4.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)能保證一定的驅(qū)動(dòng)力和傳送速度，有較高的工作效率，能夠有較高的傳動(dòng)穩(wěn)定性。因此擬采用滾珠絲桿副。實(shí)用滾珠絲桿副有很多有點(diǎn)： ①滾珠絲桿副是一種新型的螺旋傳動(dòng)元件，能夠適應(yīng)高溫、低溫、無(wú)潤(rùn)滑、水中，技術(shù)比較成熟。 ②滾珠絲桿副具有高效率和高精度的特點(diǎn)。 ③具有高速特性和耐磨損性及運(yùn)動(dòng)可逆性等特性，而且無(wú)回程間隙。 ④構(gòu)件間的可動(dòng)聯(lián)接通常不是借助于運(yùn)動(dòng)副本身，而是在絲杠和螺母兩構(gòu)件間利用中間元件（滾珠）來(lái)實(shí)現(xiàn)。 ⑤軸向高度高

16、，摩擦阻力小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。 2.5本章小結(jié) 本章主要介紹了機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求，將機(jī)器人模塊劃分，為下面具體設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 3管內(nèi)步伐式機(jī)器人的有關(guān)參數(shù)選擇 3.1步伐式機(jī)器人移動(dòng)方式的選擇 各常用移動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1.1 移動(dòng)方式 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 輪式 移動(dòng)速度快，控制方便，轉(zhuǎn)彎容易 與壁面接觸面積小，越障礙能力差，易產(chǎn)生打滑。 履帶式 與壁面接觸面積大，承載能力大，移動(dòng)速度快，對(duì)壁面的適應(yīng)能力強(qiáng) 履帶磨損大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)動(dòng)性較差。 腿式 越障礙能力強(qiáng)，承載能力大，機(jī)動(dòng)性好，具有很強(qiáng)的壁面適應(yīng)能力。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，移動(dòng)是間歇的，速

17、度慢，關(guān)節(jié)和足數(shù)多，控制復(fù)雜。 蠕動(dòng)式 承載能力大，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，控制簡(jiǎn)便，對(duì)壁面適應(yīng)能力比較強(qiáng) 運(yùn)動(dòng)速度慢，越障礙能力差 表3.1 我們經(jīng)過(guò)多方案比較，設(shè)計(jì)了一種步伐式行走結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)形式有前后兩段相互獨(dú)立的主體，主體上的接觸腳可伸縮鎖死在管壁上，能承受大載荷，適合在重載中使用。在行走機(jī)器人結(jié)構(gòu)中用步伐式行走具有很多優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)在規(guī)則形狀的任意長(zhǎng)的管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、運(yùn)行平穩(wěn)，控制簡(jiǎn)便，還可以根據(jù)使用要求，做各種變形設(shè)計(jì)，具有較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。 此處省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)圖紙等.請(qǐng)聯(lián)系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機(jī)械畢

18、業(yè)設(shè)計(jì)下載！該論文已經(jīng)通過(guò)答辯 3.2機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方案的選擇 目前對(duì)于機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)有多種不同的選擇方案，可以采用電氣驅(qū) 動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)等不同的方式。不同的動(dòng)力系統(tǒng)具有不同的特點(diǎn)，根據(jù)不同的工作環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)合，按照具體的要求來(lái)選擇最合適的動(dòng)力系統(tǒng)可以達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。下表為不同的驅(qū)動(dòng)方式的性能對(duì)照表。 項(xiàng)目 氣壓驅(qū)動(dòng) 液壓驅(qū)動(dòng) 電氣驅(qū)動(dòng) 機(jī)械驅(qū)動(dòng) 技術(shù)要求 較低 較高 最高 較低 動(dòng)作快慢 較快 較慢 快 慢 速度穩(wěn)定性 較差 良好 較好 很好 驅(qū)動(dòng)力 中等 最大 較大 較大 環(huán)境要求 適應(yīng)性好 不怕震動(dòng)

19、 要求高 一般 控制距離 中等 短 長(zhǎng) 短 經(jīng)濟(jì)性 便宜 較貴 較貴 一般 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單 復(fù)雜 復(fù)雜 稍復(fù)雜 使用維護(hù) 簡(jiǎn)單 稍高 較高 簡(jiǎn)單 速度調(diào)整 容易 很容易 稍困難 困難 表3.2 氣壓驅(qū)動(dòng)使用壓力通常在0.4-0.6Mpa，最高可達(dá)1Mpa。氣壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。氣壓驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)是功率質(zhì)量比少，裝置體積大，同時(shí)由于空氣的可壓縮性使得機(jī)器人在任意定位時(shí)，位姿精度不高。氣壓驅(qū)動(dòng)不可避免的存在漏氣的問(wèn)題和氣壓裝置體積較大，這一點(diǎn)不符合本步伐式機(jī)器人的工作空間要求，不適合在本系統(tǒng)中使用。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用

20、2-15Mpa的油液驅(qū)動(dòng)，體積較氣壓驅(qū)動(dòng)小，功率質(zhì)量比大，驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)，液壓驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)是易漏油，這影響工作穩(wěn)定性和定位精度。由于有漏油的問(wèn)題，也不適合在本系統(tǒng)中使用。 電氣驅(qū)動(dòng)是利用各種電機(jī)產(chǎn)生的力或轉(zhuǎn)矩，直接或經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)去驅(qū)動(dòng)負(fù)載，減少了由電能變?yōu)閴毫δ艿闹虚g環(huán)節(jié)，直接獲得要求的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。由于電氣驅(qū)動(dòng)具有易于控制，運(yùn)動(dòng)精度高，響應(yīng)快，使用方便，信號(hào)檢測(cè)、傳遞和處理方便，成本低廉，驅(qū)動(dòng)效率高，不污染環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)，電氣驅(qū)動(dòng)已經(jīng)成為最為普遍，應(yīng)用最多的驅(qū)動(dòng)方式，符合本系統(tǒng)要求。所以選擇電氣驅(qū)動(dòng)與機(jī)械驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的方案。 3.3電機(jī)類(lèi)型的選擇 在上節(jié)中介紹到，電機(jī)驅(qū)動(dòng)適合本步伐式機(jī)器人，在電動(dòng)

21、執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，有直流電機(jī)、交流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)等實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，以及實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的直線電機(jī)。目前在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制中較為常用的電機(jī)有直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，他們的特性、工作原理與控制方式如下表。 電機(jī)類(lèi)型 主要特點(diǎn) 構(gòu)造與工作原理 控制方式 直流伺服電機(jī) 接通直流電即可工作，控制簡(jiǎn)單；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩容易控制、效率高；需要定時(shí)維護(hù)和更換電刷，使用壽命短、噪聲大 由永磁體定子、線圈轉(zhuǎn)子、電刷和轉(zhuǎn)向器構(gòu)成。通過(guò)電刷和換向器使電流方向隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度而變化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 轉(zhuǎn)速控制采用電壓控制方式，兩者成正比。轉(zhuǎn)矩控制采用電流控

22、制方式，兩者成正比。 交流伺服電機(jī) 沒(méi)有電刷和換向器，無(wú)需維護(hù)，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，價(jià)格高 按結(jié)構(gòu)分為同步和異步電機(jī)。無(wú)刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與同步電機(jī)相同，特性與直流電機(jī)相同。 分為電壓控制與頻率控制兩種方式。異步電機(jī)通常采用電壓控制 步進(jìn)電機(jī) 直接用數(shù)字信號(hào)控制，與計(jì)算機(jī)接口簡(jiǎn)單，沒(méi)有電刷，維護(hù)方便，壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換效率低，易失歩，過(guò)載能力弱 按產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方式可分為：永磁式。反映式和混合式 永磁式是單向勵(lì)磁，精度高，但容易失步，反應(yīng)式是雙相勵(lì)磁，輸出轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)子過(guò)沖小，但效率低，混合式是單雙相勵(lì)磁，分辨率高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 表3.3 步進(jìn)電機(jī)作為一種新型的自動(dòng)控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，得到

23、越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，進(jìn)入了一些高、精、尖的控制領(lǐng)域。步進(jìn)電機(jī)雖然有一些不足，如啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大時(shí)易出現(xiàn)失步或堵轉(zhuǎn)，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖，且一般無(wú)過(guò)載能力，往往需要選取有較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)來(lái)克服慣性力矩。但步進(jìn)電機(jī)點(diǎn)位控制性能好，沒(méi)有累積誤差，易于實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)控制，能夠在負(fù)載力矩適當(dāng)?shù)那闆r下，以較小的成本與復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的同步控制。綜合考慮控制要求、成本等多方面因素，本系統(tǒng)選用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 3.4 夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在管內(nèi)步伐機(jī)器人當(dāng)中，夾緊機(jī)構(gòu)是保證機(jī)器人具有良好的爬坡能力和越障能力的關(guān)鍵。夾緊機(jī)構(gòu)分為機(jī)械式和液壓式兩種，機(jī)械式夾緊機(jī)構(gòu)采用平面螺旋副。驅(qū)動(dòng)在圓周上均布的三個(gè)接觸腳壓

24、向管壁達(dá)到鎖緊的目的。平面螺旋盤(pán)的驅(qū)動(dòng)靠電機(jī)一凸輪副或電機(jī)一輪副驅(qū)動(dòng)。液壓式夾緊機(jī)構(gòu)采用液性介質(zhì)彈性?shī)A緊機(jī)構(gòu)。為此我們提出了三種結(jié)構(gòu)方案： ①電機(jī)一凸輪副結(jié)構(gòu)方案 圖3.4 電機(jī)--凸輪服結(jié)構(gòu)圖 工作原理為：電機(jī)經(jīng)偏心圓弧凸輪，驅(qū)動(dòng)平面螺旋盤(pán)在一定的角度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，再推動(dòng)接觸腳外伸或回縮從而與管道鎖緊與放松。此結(jié)構(gòu)需在平面螺旋盤(pán)的背面徑向開(kāi)一個(gè)配合凸輪的滑槽。 ②液壓式夾緊機(jī)構(gòu) 液壓式夾緊機(jī)構(gòu)是利用液性介質(zhì)將壓力傳遞給薄壁彈性套筒，使薄壁套筒產(chǎn) 生均勻的徑向

25、變形，與管壁夾緊。如圖 所示為液壓式夾緊機(jī)構(gòu)。其工作原理為電機(jī)經(jīng)柱塞驅(qū)動(dòng)液性介質(zhì)，使基體外圓四周的薄壁發(fā)生彈性變形，夾緊管道內(nèi)壁。 液性介質(zhì)一般采用液性塑料或油液。 圖3.5 液壓式夾緊機(jī)構(gòu) ③電機(jī)一齒輪副結(jié)構(gòu)方案 圖3.6 電機(jī)--齒輪副結(jié)構(gòu)圖 工作原理為：電機(jī)經(jīng)內(nèi)齒輪副，驅(qū)動(dòng)平面螺旋盤(pán)回轉(zhuǎn)。推動(dòng)接觸腳外伸或回縮，與管道內(nèi)壁夾緊或放松。 總結(jié)： 相比較幾種夾緊機(jī)構(gòu)，液壓夾緊機(jī)構(gòu)可在管壁的一個(gè)環(huán)形帶上獲得較大且均

26、 布的夾緊力。采用液性塑料介質(zhì)，單位壓力可達(dá)而且還有較高的 定心精度,一般可保證同軸度在,但是液壓夾緊機(jī)構(gòu)夾緊效果但是 不易放松.還有一個(gè)不可忽視的問(wèn)題是油漏，這特性不適合爬行機(jī)器人的工作空 間的要求。電機(jī)一凸輪副雖然可以達(dá)到夾緊的功能要求，但是只能在一定的角度 內(nèi)回轉(zhuǎn)，性能不優(yōu)越且對(duì)制造的要求較高。齒輪副的傳動(dòng)精度和效率較高，控制方便?？僧a(chǎn)生較大的動(dòng)力，適應(yīng)性能好，所以爬行機(jī)器人本體的夾緊機(jī)構(gòu)選用電機(jī)一齒輪副夾緊結(jié)構(gòu)。即方案③ 3.5 減速結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 常用的機(jī)械傳動(dòng)裝置有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)等 圖3.7 鏈傳動(dòng)的特點(diǎn):①和齒輪傳動(dòng)比較,它可以在

27、兩軸中心相距較遠(yuǎn)的情況下傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力;②能在低速、重載和高溫條件下及灰土飛揚(yáng)的不良環(huán)境中工作;③和帶傳動(dòng)比較,它能保證準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比,傳遞功率較大,且作用在軸和軸承上的力較小;④傳遞效率較高,一般可達(dá)0.95～0.97;⑤鏈條的鉸鏈磨損后,使得節(jié)距變大造成脫落現(xiàn)象;⑥安裝和維修要求較高.鏈輪材料一般是結(jié)構(gòu)鋼等. 圖3.8 帶傳動(dòng)(皮帶傳動(dòng))特點(diǎn)(優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)):①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適用于兩軸中心距較大的傳動(dòng)場(chǎng)合;②傳動(dòng)平穩(wěn)無(wú)噪聲,能緩沖、吸振;③過(guò)載時(shí)帶將會(huì)在帶輪上打滑,可防止薄弱零部件損壞,起到安全保護(hù)作用;④不能保證精確的傳動(dòng)比.帶輪材料一般是鑄鐵等. 圖3.9

28、 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn):①能保證瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定,平穩(wěn)性較高,傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠;②傳遞的功率和速度范圍較大;③結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠,可實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比;④傳動(dòng)效率高,使用壽命長(zhǎng);⑤齒輪的制造、安裝要求較高.齒輪材料一般是鑄鐵等. 圖3.10 渦輪蝸桿傳動(dòng)最主要的特點(diǎn)就是具有反向自鎖的功能，而且相比其它傳動(dòng)具有較大的速比，渦輪蝸桿的輸入、輸出軸不在同一軸線上，甚至不在同一個(gè)平面上。自身的缺點(diǎn)，那就是渦輪蝸桿的傳動(dòng)效率不夠高，精度也不是很高。 3.6本章小結(jié) 本章介紹了有關(guān)機(jī)器人一些參數(shù)數(shù)據(jù)的選擇，包括移動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式、及電動(dòng)機(jī)的選擇，對(duì)整體方案比

29、較選型給出了依據(jù)和要求，確定了動(dòng)力系統(tǒng)的方案，選擇步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件。 4管內(nèi)步伐式行走機(jī)器人的力學(xué)分析 4.1機(jī)器人腳底對(duì)管壁的壓緊力（見(jiàn)圖2.2）{機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖} 根據(jù)虛位移原理?yè)文_電機(jī)6的有效虛功與腳底虛功相等 =3 η1T1△θ= 3F1△L1 其中:　T1——電機(jī)6 的扭矩 　　 F1——單腳在管壁上的壓力 ——電機(jī)的微小轉(zhuǎn)角 　——電機(jī) 6微小轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的腳底伸出量 　　——傳動(dòng)效率 由于

30、 其中，i——電機(jī)6到腳的傳動(dòng)比；P1——平面螺紋的節(jié)距。 將機(jī)器人參數(shù)T1=6kgcm,n1=159,p1=1cm， =0.5代入方程 得F1=8.37kgf 4.2 管內(nèi)步伐式器人的牽引力 根據(jù)虛位移原理牽引電機(jī)1的有效虛功與牽引虛功相等： 其中，T2——電機(jī)1的扭矩； ——電機(jī)1的微小轉(zhuǎn)角； ——電機(jī)1微小轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的螺母3相對(duì)于螺桿的移動(dòng)量；

31、 ——傳動(dòng)效率； L1——擺桿4上臂長(zhǎng)度； L2——擺桿4下臂長(zhǎng)度 F2——牽引力 由于： 將機(jī)器人參數(shù)T2=9kgcm,L1=75mm,P2=3mm, =0.8 代入方程 得：F2=209kgf 4.3 無(wú)防滑機(jī)構(gòu)條件下管壁壓力與牽引力的關(guān)系及打滑條件 其中，f支撐腳底與管壁的摩擦系數(shù)。 又有： 將該機(jī)器人參數(shù)帶入不等式右端并取得：

32、 T1/T2>11.1 在無(wú)防滑機(jī)構(gòu)情況下，撐腳電機(jī)扭矩要大于扭矩11.1倍，機(jī)器人才能不打滑正常牽引行走，即該機(jī)器人產(chǎn)生209kg牽引力，牽引電機(jī)扭矩9kgcm,撐腳電機(jī)扭矩需100kgcm以上。 4.4　管內(nèi)步伐式機(jī)器人的防滑機(jī)構(gòu)及力學(xué)分析 如前分析由加大腳底對(duì)管壁的正壓力,使腳底與管壁間存在足夠的摩擦力,以保證機(jī)器人行走時(shí)不打滑的條件為：撐腳電機(jī)的扭矩大于牽引電機(jī)扭矩11.1 倍。這必然導(dǎo)致?lián)文_傳動(dòng)機(jī)構(gòu)龐大,機(jī)器人自重增加,這樣機(jī)器人可轉(zhuǎn)彎的最小半徑將加大,通過(guò)彎曲管道的能力減小,而且非主要做功電機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主要做功電機(jī)是不合理的,因此設(shè)計(jì)了撐腳防滑機(jī)構(gòu)。 4.

33、4.1撐腳防滑機(jī)構(gòu)的工作原理 撐腳防滑機(jī)構(gòu)如圖3所示.其中長(zhǎng)銷(xiāo)(2)靠過(guò)盈配合固連在膠靴(3)上，當(dāng)滑桿(1)與膠靴(3)相對(duì)移動(dòng)時(shí)，長(zhǎng)銷(xiāo)(2)在滑桿(1)的長(zhǎng)槽中滑動(dòng)，在膠靴踩上管壁前，由于彈簧(6)的作用使滑桿(1)相對(duì)于膠靴上移，固聯(lián)在滑桿(1)上的短銷(xiāo)(5)迫使兩擺桿(4)的夾角增大，使兩擺桿(4)的端部縮回到膠靴底面以上。當(dāng)滑桿外伸時(shí)首先膠靴底與管壁接觸，膠靴底接觸管壁后，滑桿壓縮彈簧(6)繼續(xù)下移，短銷(xiāo)也隨滑桿下移，放松了兩擺桿(4)，在彈簧(7)的作用下，兩擺桿(4)的夾角減小，兩擺桿的端部從膠靴底面上伸出壓在管壁上，擺桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)保證擺桿此時(shí)與種新鮮的夾角小于擺桿材料與管壁摩擦

34、角，膠靴左右滑動(dòng)時(shí)右擺桿起作用，向左滑動(dòng)擺桿起作用，被鎖死在管壁上不能左右滑動(dòng)，起防滑作用。 圖4.1 4.4.2防滑機(jī)構(gòu)受力分析， 防滑機(jī)構(gòu)受力分析圖如下圖： 當(dāng)機(jī)器人受力F 時(shí)支撐腳上的擺桿OA 和O′A′有分別繞 O 和 O′向右轉(zhuǎn)動(dòng)傾向，A 點(diǎn)和A′ 點(diǎn)受管壁限制，管壁產(chǎn)生了反作用力Q, 銷(xiāo)軸產(chǎn)生反作用力Q′ , Q 和Q′ 的作用線在擺桿與管壁的接觸點(diǎn)A、銷(xiāo)軸磨擦圓的相切線上。當(dāng)角小于磨擦角時(shí)，接觸點(diǎn)A 不能移動(dòng)，而使O 和 O′ 有向管道中心運(yùn)動(dòng)的趨向而將機(jī)器人支撐機(jī)構(gòu)鎖死，當(dāng)牽引力F消失后Q 也隨之消失。

35、 圖4.2 防滑機(jī)構(gòu)受力分析 4.5 有防滑機(jī)構(gòu)情況下支撐電機(jī)計(jì)算 按支承電機(jī)維持機(jī)器人在管道中心的要求 其中: Q——機(jī)器人的半重量 　P1——平面螺紋的節(jié)距 ——傳動(dòng)效率 機(jī)器人的半重量Q= 21kg ,將機(jī)器人參數(shù)代入上式得 T1＞4.2kgcm 本機(jī)選用的支撐電機(jī)扭矩為6kgcm. 4.6本章小結(jié) 本章主要對(duì)機(jī)器人的力學(xué)設(shè)計(jì)做了分析，對(duì)壓緊力，牽引力等做了分析，按照模塊化設(shè)計(jì)思想進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于后續(xù)工作。對(duì)本體進(jìn)行了受力分析，推導(dǎo)出壓緊力和牽引力計(jì)算公式，對(duì)電機(jī)扭矩進(jìn)行了計(jì)

36、算。 5管內(nèi)步伐行走機(jī)器人控制系統(tǒng) 5.1控制系統(tǒng)的具體要求及控制對(duì)象 5.1.1控制系統(tǒng)的要求 ①控制系統(tǒng)應(yīng)有快速響應(yīng)性。 ②可靠性高，控制簡(jiǎn)單，成本低 ③良好的速度、位移控制能力。 5.1.2具體的控制對(duì)象 ①機(jī)器人支撐機(jī)構(gòu)的控制。步伐行走機(jī)器人采用前部和后部相互配合的一種尺蠖蠕動(dòng)爬行機(jī)構(gòu)，前部和后部的支撐機(jī)構(gòu)采用平面螺旋副來(lái)進(jìn)行工作，通過(guò)小齒輪來(lái)驅(qū)動(dòng)平面螺旋副，前部和后部分別有一個(gè)電機(jī)作為動(dòng)力源。因此需要控制2個(gè)步進(jìn)電機(jī)。 ②機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制。步伐行走機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是滾珠絲桿副，絲桿與前部相連，螺母與后部相連，用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)齒輪副來(lái)驅(qū)動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，靠軸

37、向力使機(jī)器人不斷的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 在管內(nèi)步伐行走機(jī)器人中，所有部件的運(yùn)動(dòng)均是通過(guò)電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力傳遞的，對(duì)支撐機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有穩(wěn)定性好、操作方便的要求，因此對(duì)電機(jī)的控制方式選擇是非常重要的，根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，選用采用可編程控制器（PLC）對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。 5.2PLC的組成結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 從機(jī)構(gòu)上分，PLC分為固定式和模塊式兩種。固定PLC板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定的規(guī)則組合配置。圖4.1為PLC的結(jié)構(gòu)框圖。 圖5.1PLC結(jié)構(gòu)框圖

38、本系統(tǒng)選用采用PLC對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，主要是因?yàn)樗邢铝袃?yōu)點(diǎn)：①PLC的軟硬件功能非常強(qiáng)大，其內(nèi)部具有很多功能；②使用維護(hù)方便，PLC不需要像用計(jì)算機(jī)控制那樣在輸入輸出接口上做大量工作，它的輸入輸出接口是已經(jīng)按不同需求做好的，可以直接與控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備相連接的接口；③運(yùn)行穩(wěn)定可靠，同時(shí)采用了微電子技術(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸電點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，同時(shí)還才用了屏蔽、濾波、隔離等抗干擾措施，所以其平均為故障時(shí)間在兩萬(wàn)小時(shí)以上；④設(shè)計(jì)施工周期短，PLC采用面向控制過(guò)程和面向問(wèn)題的梯形語(yǔ)言編程方法，既繼承了傳統(tǒng)控制路線清晰直觀的優(yōu)點(diǎn)，又考慮了大多數(shù)電氣控制技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)水平，很容易被電氣技術(shù)

39、人員接受。 5.3PLC控制單元的組成 PLC控制單元主要有PC+PLC的上下位機(jī)、點(diǎn)擊驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)四大部分組成。上位機(jī)為高性能的PC機(jī)，下位機(jī)PLC通過(guò)位置模塊控制各個(gè)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊接受和輸出各類(lèi)開(kāi)關(guān)量；上下位機(jī)之間的通過(guò)串行通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)系。本系統(tǒng)選用了LG公司的MasterK200系列中的K3P-07BS PLC。其組成框圖如4.2所示。系統(tǒng)的主要配置如下，PLC硬件配置。 CPU模塊 K3P-07BS 電源模塊 G6M-PAFA 輸入模塊 1 G6I-D222A 輸入模塊 2 G6Q-RY2A 輸出模塊 1 G6Q-RY2A 輸

40、出模塊 2 G6Q-RY2A 位置模塊 1 G6F-PP30 位置模塊 2 G6F-PP30 圖5.2 PLC控制單元組成框圖（The structure of PLC control system） 5.4 PLC控制單元工作流程及程序框圖 PLC控制單元的工作流程是：首先通過(guò)PLC控制頭部的夾緊電機(jī)工作，使頭部鎖止在管壁中，傳動(dòng)電機(jī)是絲桿帶動(dòng)尾部前進(jìn)，達(dá)到指定位置時(shí)，尾部夾緊電機(jī)工作，使其鎖止在管壁中，頭部夾緊電機(jī)逆向轉(zhuǎn)動(dòng)使頭部放松，使頭部向前移動(dòng)。 程序控制框圖如 5.3 所示 。 圖5.3

41、 5.5本章小結(jié) 本章主要介紹了機(jī)器人的控制系統(tǒng)，對(duì)控制系統(tǒng)提出了設(shè)計(jì)要求及PLC電機(jī)控制單元分析。 6結(jié)論 本文提出了管道步伐式機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案，對(duì)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了深入的分析，成功地完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)移動(dòng)方式及受力分析等進(jìn)行了分析，對(duì)系統(tǒng)技術(shù)單元的穩(wěn)定性、可靠性進(jìn)行了分析。 本文的主要研究成果如下： ①?gòu)V泛的查閱了當(dāng)前有關(guān)管內(nèi)機(jī)器人的文獻(xiàn)，了解了國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)管內(nèi)機(jī)器人的移動(dòng)結(jié)構(gòu)的對(duì)比、分析和設(shè)計(jì)，結(jié)合本課題的設(shè)計(jì)要求，提出了一種管內(nèi)步伐式行走機(jī)器人。 ②系統(tǒng)的研究了管內(nèi)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)原理、驅(qū)動(dòng)方式以及結(jié)構(gòu)形式，詳細(xì)的討論了管內(nèi)機(jī)器人本體研制的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題。管內(nèi)機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)是本文的重點(diǎn)內(nèi)容，對(duì)本體的支撐結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了具體的分析設(shè)計(jì)，在動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下在規(guī)定的管道中做步伐運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人本體部分按功能劃分的模塊化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，將本體結(jié)構(gòu)分為支撐結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)兩大模塊，對(duì)獨(dú)立的模塊可進(jìn)行相應(yīng)的變形設(shè)計(jì)。 ③設(shè)計(jì)了一種自鎖式安全保護(hù)裝置。 ④應(yīng)用PLC作為控制核心，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制。 25