1、目录 1 绪 论 1 1.1 本课题研究背景和研究意义 . 1 1.2 国内外发展状况 . 2 1.3 本设计的主要内容 . 8 2 管道机器人总体设计 9 2.1 管道机器人的总体结构设计 . 9 2.1.1 移动方式选择 9 2.1.2 传动方案的选择 9 2.2 机器人变管径自适应性方案设计 11 2.3 动力系统的设计计算 15 2.3.1 管道机器人行驶阻力分析 15 2.3.2 减速器的选择 18 2.4 机器人的速度和驱动能力校核 19 2.4.1 运动速度校核 19 2.4.2 驱动能力校核 19 3 链传动的设计计算 . 20 3.1 链轮设计的初始条件 20 3.2 链轮计
2、算结果 21 3.3 历史结果 . 21 4 蜗轮蜗杆的设计计算 23 4.1 蜗轮蜗杆基本参数设计 23 4.1.1 普通蜗杆设计输入参数 23 4.1.2 材料及热处理 24 4.1.3 蜗杆蜗轮基本参数 . 24 4.1.4 蜗轮精度 . 25 4.1.5 强度刚度校核结果和参数 26 4.1.6 自然通风散热计算 . 26 4.2 蜗杆轴的结构设计 . 27 4.2.1 轴的强度较核计算 . 27 4.2.2 轴的结构设计 31 4.2.3 键的校核 . 32 5 过弯道能力和其他部件设计 . 33 5.1 弹簧的设计 . 33 5.2 过弯道能力的设计 . 34 5.2.1 工作原理
3、 . 34 5.2.2 过弯道能力的几何量设计 34 6 管道机器人建模与仿真分析 . 38 7 总结和展望 41 参考文献. 43 致 谢 45 第 1 页 共 45 页 1 绪 论 1.1 本课题研究背景和研究意义 用于石油、天然气乃至民用上下水等管道在传输液、气体过程中，因温度、压力不 同及介质与管道之间的物理化学作用， 常常会高温结焦， 生成油垢、 水垢， 存留沉积物， 腐蚀物等，使有效传输管径减少，效率下降，物耗、能耗增加，工艺流程中断，设备失 效，发生安全事故。尽管通过添加化学剂，采用合理的工艺流程，进行水质处理措施可 以在一定程度上改善这些情况，但要完全避免污垢的产生是不可能的。
4、我国的管道清洗 行业长期以来 80%采用的是化学方法以及手工清洗和机械清洗方法，成本高、效率低、 污染环境等，远远不能满足现代社会日益增长的要求。探索和开发高效的清洗方法成为 工业生产和人民生活的不可或缺的环节。 利用行星磨头清洗是一种新的清洗方法。与化学清洗及手工、机械清洗相比，具有 清洗质量好、效率高、适应性强、成本低等一系列优点，可达到返旧还新的效果。作为 一种清洁、高效、对环境无污染的清洗技术，具有可观的经济和社会效益。 随着经济的发展、 人们生活水平的提高， 人们对于食品卫生、 健康的要求越来越高， 环保意识越来越强，如何实现油烟管道高效率的清洗成了相关从业人员关注的问题。 本课题的
5、研究目的是设计一种应用于清洗油烟管道的机器人，解决单独靠人力很难 完成，甚至不可能完成的油烟管道清洗任务。本课题的研究主要有以下意义: 1、可提高机器人的清洗效率。现有油烟管道机器人由于机械执行机构只有一个自 由度，清洗管道壁时，要通过不断调整机器人的位姿来实现，使操作变得复杂，清洗效 率较低。 2、可完成竖直油烟管道的清洗。宾馆饭店常常位于高层建筑物中，竖直烟道的清 洗是管道清洗的重要任务。针对现有机器人不能用于竖直管道清洗的缺点，我们设计了 链式履带行走、永磁吸附的机械行走机构，用于完成油烟管道的清洗爬壁任务。 3、可改善当前清洗油烟管道工人的工作环境、降低工人的劳动强度、节约清洗成 本、
6、消除油烟管道清洗的卫生死角、提高管道使用寿命、提高油烟管道的清洗效率、减 少火灾以及可避免化学清洗导致的污染和纯机械清洗对管道造成的损伤等。 4、 应用于其它领域。 通过更换机械执行机构、 作业工具等可实现空调管道的清扫、 船体表面的清洗、检测、喷漆等任务。 现代工农业及日常生活中使用着大量管道，石油、天然气、化工等领域也应用了大 管道机器人的设计与运动仿真 第 2 页 共 45 页 量管道，这些管道大多埋于地下或海底，输送距离近千里，它们的泄漏会造成严重的环 境污染，甚至引起火灾，多数管道安装环境人们不能直接到达或人们无法直接介入，另 外，在一些工厂里有大量的通风管道，在某些餐厅或饭店里装有大量的油烟管道，这些 管道或者架设在空中， 或者管道内径很小， 在做质量检测、 故障诊断、 清洗时比较困难。 这促使了管道机器人的诞生。 管道机器人的迅速发展时期始于上个世纪 80 年代，它是一种可沿管道内部或外部 自动行走，具有一种或多种传感器的操作机械(如机械手、喷枪、焊枪、刷子)，其研究 范畴属于特种机器人中的移动机器人范畴，能够完成在管道这个特定的极限环境中作业， 通常能携带各种探测仪器和
