討論了管道機器人的數(shù)學(xué)模型,并且對垂直彎管和分支管道的通過性做了分析。通過建立機器人的幾何方程,使得機器人可能通過各種彎管。其結(jié)果可對機器人的動靜態(tài)特性研究提供一定的參考。

針對帶膛線身管這一特殊的測量對象,研制了一種能自動測量火炮膛線的新型管道機器人.分析了該機器人的機構(gòu)組成及工作原理,研究了其運動學(xué)和力學(xué)特性.實驗證明,該機器人測量精度達到0.002mm,多次測量的重復(fù)性誤差小于0.002mm,并且可靠性高.

介紹了基于單向運動機構(gòu)的伸縮式管道機器人工作原理,對管道機器人整機系統(tǒng)進行合理簡化,得到等效系統(tǒng)模型。根據(jù)等效模型,分析直流伺服電機、滾珠絲杠,以及單向運動機構(gòu)的動力學(xué)行為。為了研究系統(tǒng)的輸入電壓信號和輸出的運動速度之間的關(guān)系,建立了機器人系統(tǒng)的完整框圖模型。利用matlab對機器人系統(tǒng)進行仿真,分析不同輸入信號下系統(tǒng)的響應(yīng)特性,為管道機器人的機構(gòu)設(shè)計和控制器設(shè)計提供理論依據(jù)。

第41卷2013年第4期 本 欄 目 編 輯　 陸 秋 云 通　 用 124 可變徑管道機器人系統(tǒng)的 設(shè)計與研究 武　燕1，王才東2，王新杰2，牛志軍2 1 河南機電職業(yè)學(xué)院機械工程系　河南鄭州　451191 2 鄭州輕工業(yè)學(xué)院機電工程學(xué)院　河南鄭州　450002 摘要：筆者在分析管道機器人國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，針對管道機器人對不同管徑需求，提出了一種 雙履帶式可變徑管道機器人的總體方案。設(shè)計了機器人的驅(qū)動裝置、直徑調(diào)節(jié)機構(gòu)等關(guān)鍵部件，并設(shè) 計了機器人的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)上采用了上、下位機控制結(jié)構(gòu)，通過手動和自動2種控制模式， 實現(xiàn)機器人無級調(diào)速、前進、后退、轉(zhuǎn)彎和圖像信息采集等功能。研究結(jié)果為可變徑管道機器人的實 用化開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：管道機器人；變管徑；穿纜；控制系統(tǒng) 中圖分類號：tp242　　　文獻標志碼：a　　　文章編號：1001-3954

為提高伸縮式管道機器人的負載能力,研制一種基于凸輪自鎖原理的伸縮式管道機器人,牽引力不受限于某一固定摩擦力,可隨外載荷的增大而增大。應(yīng)用分析力學(xué)原理導(dǎo)出單向鎖止機構(gòu)各參數(shù)應(yīng)滿足的關(guān)系式,并給出可適應(yīng)管徑變化的凸輪輪廓設(shè)計方法,計算出移動機構(gòu)系統(tǒng)的響應(yīng)時間,提出一套系統(tǒng)的管道機器人設(shè)計理論方法。利用提出的設(shè)計方法研制試驗樣機,并在管道中成功進行一系列試驗。研究成果提升了伸縮式管道機器人的負載能力與管道適應(yīng)性,完善了基于自鎖原理伸縮式管道機器人的設(shè)計理論。

管道機器人是特種機器人研究領(lǐng)域中的熱點.該文設(shè)計了管道機器人蠕動式移動牽引機構(gòu),采用電機驅(qū)動絲杠正反轉(zhuǎn),絲杠上絲杠螺母前移,前后兩組支撐腿臂交替支撐住管壁,從而實現(xiàn)了機器人的蠕動式前行的驅(qū)動方案,并設(shè)計了該系統(tǒng)的電控部分.模擬管道中的實驗驗證了該方案的可行性.

排水管道機器人通常采用模塊化設(shè)計,一般分為爬行器、電纜絞盤、上位控制單元、檢測單元、輔助裝置、圖像處理軟件等模塊。本文介紹排水管道機器人各模塊現(xiàn)有技術(shù)特點,并結(jié)合智能控制技術(shù),展望未來排水機器人發(fā)展方向。

提出了一種描述管道機器人彎道通過性的數(shù)學(xué)模型,該模型由一組組合約束構(gòu)成.通過對約束方程的分析討論,得出了規(guī)律性的結(jié)論.管道機器人在彎道處的姿態(tài)、單元體的幾何尺寸、行走輪結(jié)構(gòu)形式對其通過性都有不同程度的影響.所提出數(shù)學(xué)模型是管道機器人彎道自主行走控制策略設(shè)計和相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論基礎(chǔ).

上海交通大學(xué) 碩士學(xué)位論文 電纜管道機器人視頻監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā) 姓名：戚偉 申請學(xué)位級別：碩士 專業(yè)：電力電子與電力傳動 指導(dǎo)教師：黃成軍;江秀臣 20080101 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 -i- 電纜管道機器人視頻監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā) 摘要 隨著城市電網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)，電力電纜采用自動化敷設(shè)方法，可以 避免人工敷設(shè)帶來的效率低下、操作不便等諸多問題，改善電纜敷設(shè)質(zhì) 量，延長電纜使用壽命，保證客戶可靠用電。 本文介紹了一種新型可靠的電纜管道機器人系統(tǒng)，通過前端的攝像 監(jiān)測裝置實時監(jiān)視管道前方及管壁的圖像，不僅能在機器人穿越管道的 同時，完成敷設(shè)電纜的要求；而且能夠?qū)艿乐械耐两堅M行清掃， 有效地促進電纜排管土建質(zhì)量及電纜施工中的敷設(shè)質(zhì)量，為電纜敷設(shè)提 供了有效的輔助手段。通過該儀器的使用，能夠降低電纜損傷事故、延 長電纜使用壽命，具有廣泛的社會及經(jīng)濟效益。 本文涉及的電纜管道機器人系

論文根據(jù)集中空調(diào)管道清掃的特點,設(shè)計了一種新型的空調(diào)管道機器人,并以自行研發(fā)的集中空調(diào)管道機器人樣機為例,介紹了其傳動機構(gòu)、運動機構(gòu)的設(shè)計,系統(tǒng)功能的實現(xiàn)以及由些引出來上位機與下位機的通信方式的問題。設(shè)計中采用三輪三角形布置的輪式移動載體,選用rs-485作為通信電氣標準,實現(xiàn)51單片機控制端與pc機的通信。在操作員的遠距離遙控操作下,空調(diào)管道機器人在管道內(nèi)部自動行走,并攜有操作機構(gòu)和輔助設(shè)備(ccd攝像機、管道清潔掃等),進行一系列管道清掃作業(yè)。

管道清灰機器人變徑機構(gòu)尺度影響機構(gòu)的運動性能及驅(qū)動性能，變徑機構(gòu)尺度優(yōu)化可有效解決尺寸綜合問題。提出了變徑機構(gòu)多目標尺度綜合，以變徑機構(gòu)關(guān)鍵零件受力和驅(qū)動件運動范圍為優(yōu)化目標建立優(yōu)化模型，基于快速含有精英策略的非支配排序遺傳算法（non．dominatedsortinggeneticalgorithmii，nsga—ii）求解多目標優(yōu)化pareto最優(yōu)解。計算結(jié)果表明：多目標優(yōu)化后的變徑機構(gòu)在力學(xué)性能和運動范圍上優(yōu)于經(jīng)驗設(shè)計，不需重復(fù)計算可根據(jù)設(shè)計要求和工程經(jīng)驗權(quán)衡選取滿足不同要求的優(yōu)化結(jié)果。

針對管道機器人在后退過程中需要借助人手動來收線的問題,提出了一種智能化的電纜絞盤系統(tǒng),它是通過管道機器人爬行器和絞盤間電纜的恒張力控制來實現(xiàn)的。由此建立了基于模糊控制的恒張力模型,并利用matlab軟件對張力控制系統(tǒng)進行了仿真研究,結(jié)果表明該方法是可行的,基于模糊控制的恒張力系統(tǒng)在機器人系統(tǒng)中具有很好的應(yīng)有價值。

針對管道機器人的工作特點,提出了一種管道機器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用光纖傳輸視頻和數(shù)據(jù)的復(fù)合信號,利用視頻光端機進行信號的復(fù)合和分離,基于directshow框架開發(fā)視頻采集系統(tǒng),通過modbus協(xié)議完成主機與管道機器人的數(shù)據(jù)通信,從而實現(xiàn)了管道內(nèi)部視頻圖像的實時采集和管道機器人的實時監(jiān)控。

提出了一種內(nèi)螺旋管道機器人(簡稱內(nèi)螺旋機器人)。設(shè)計了該機器人的結(jié)構(gòu),建立了機器人的動力學(xué)方程,數(shù)值計算了機器人在管道內(nèi)運行時管道內(nèi)壁所受的壓力、機器人的軸向推進力和液體對機器人的周向阻力矩。結(jié)果表明,當(dāng)驅(qū)動為外磁場驅(qū)動時,內(nèi)螺旋機器人軸向推進力和周向阻力矩都會增大,但對管道壁的損傷也會增大。以機器人軸向推進力和能效指標為優(yōu)化目標,采用正交優(yōu)化方法得到一組最優(yōu)的內(nèi)螺旋槽幾何參數(shù)。根據(jù)內(nèi)螺旋機器人的工作原理,設(shè)計制造了內(nèi)螺旋驅(qū)動樣機,該樣機在充滿201甲基硅油管道中的運行實驗證明了內(nèi)螺旋機器人的可行性。提出的內(nèi)螺旋機器人表面光滑,能懸浮運行,對管壁的損傷小,可用于人體內(nèi)腔的微細管道中。

簡要綜述了國內(nèi)外排水管道清淤作業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)方案,分析了各自特點和局限性。提出了一種基于組合機構(gòu)的新型蠕動式排水管道機器人。給出了機器人主要結(jié)構(gòu)組成,以及行走機理分析,建立了其行走運動模型和驅(qū)動力矩分析模型,給出了主要影響參數(shù)以及數(shù)值分析。最后,建立了機器人的虛擬樣機,完成了其虛擬樣機仿真分析。綜合理論數(shù)值分析和虛擬樣機仿真分析驗證了方案的可行性和設(shè)計理論及分析結(jié)論是正確的。該方案的排水管道清淤作業(yè)機器人具有大拖動力、作業(yè)距離長的特點。

根據(jù)管道機器人管內(nèi)適應(yīng)性的要求,提出一種面向矩形管道的新型自適應(yīng)調(diào)節(jié)機構(gòu)的設(shè)計方案。分析該機構(gòu)的工作原理、力學(xué)特性,建立其數(shù)學(xué)模型并進行仿真分析。仿真結(jié)果表明:該機構(gòu)提高了管內(nèi)機器人對矩形管道的適應(yīng)性,并改善了牽引能力,為機構(gòu)參數(shù)的合理選取提供了科學(xué)依據(jù)。

為了描述三軸差動式管道機器人驅(qū)動單元的彎管通過性,建立了驅(qū)動單元在彎管處的運動方程與平衡方程,分析了其在彎管處的差速特性與力學(xué)特性。理論分析表明,三軸差動式管道機器人驅(qū)動單元在彎管處自主差速,無寄生功率產(chǎn)生,驅(qū)動輪能夠提供足夠的拖動力,具有良好的機械自適應(yīng)特性。建立的驅(qū)動單元運動方程與平衡方程為三軸差動式管道機器人的機械自適應(yīng)理論奠定了基礎(chǔ)。

蘇州大學(xué)的5名大學(xué)生合作發(fā)明了一種微型管道機器人。其能夠深入到核電廠蒸汽發(fā)生器的管道內(nèi)，檢查管道的安全狀況，以避免核泄露等安全事故的發(fā)生。

當(dāng)有纜管道機器人的線纜長度增加時,其重量大增,與管壁的摩擦力會變得很大,嚴重影響了機器人作業(yè)時的最大行走距離及可靠性。為了克服該缺點,本文采用kq-100e電源線載波調(diào)制解調(diào)模塊,給出了載波電路圖,制定了通信協(xié)議,描述了通信流程,從而實現(xiàn)了線纜內(nèi)電源線與信號線的復(fù)用。該研究成果已應(yīng)用于中央空調(diào)風(fēng)管清潔機器人中。應(yīng)用結(jié)果表明,該通信系統(tǒng)大大減輕了線纜與管壁的摩擦力,提高了管道機器人的可靠性,增大了其作業(yè)時的最大行走距離。

以蝸輪的有色金屬齒圈體積最小為目標函數(shù),并從設(shè)計經(jīng)驗本身、運動性能、邊界條件等方面建立合理的約束條件,建立了蝸輪齒圈的優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用matlab遺傳算法工具箱尋求全局最優(yōu)解。優(yōu)化結(jié)果表明,采用遺傳算法能夠快捷有效地對蝸桿齒輪進行優(yōu)化設(shè)計,是對蝸桿齒輪優(yōu)化設(shè)計的一種有效方法。

針對石油、天然氣、化工等管道的故障檢測與定位,研制了一套帶有可動攝像頭的高性價比的輪式管道機器人。系統(tǒng)以stc12le5a16s2單片機為處理核心,以基于pelco-d協(xié)議的三維云臺控制鍵盤作為操控單元、以rs485作為通信協(xié)議,以sm-s4315r舵機為動力源,采用輸出比較的算法產(chǎn)生高分辨率的pwm控制脈沖,提高了舵機控制的平滑性和連續(xù)性;以基于查表匹配結(jié)合分段匹配的差速轉(zhuǎn)向策略實現(xiàn)機器人的萬向協(xié)調(diào)運動的控制,提高了系統(tǒng)操控的便捷性和運行的穩(wěn)定性。樣機的測試表明,管道機器人操控靈活、運行穩(wěn)定、攜帶方便,在小型管道機器人領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用價值和推廣空間。

傳統(tǒng)的項目進度一維優(yōu)化擴展至有偏好的二維目標（進度、成本）優(yōu)化,同時將成本優(yōu)化目標分解為項目成本大小以及資源均衡度從而構(gòu)成三維目標優(yōu)化,將無資源約束的環(huán)境擴展至資源約束下的復(fù)雜環(huán)境,將局部搜索優(yōu)化領(lǐng)域擴展至全局范圍內(nèi)的優(yōu)化.在內(nèi)容上,先對項目的單目標優(yōu)化管理理論進行詳盡研究并指出其現(xiàn)實的局限性,同時提出了智能啟化式方法-遺傳算法在資源約束下項目管理優(yōu)化方面的優(yōu)勢.在此基礎(chǔ)上本文構(gòu)建了基于三維目標偏好的項目管理優(yōu)化仿真模型,解決了項目管理優(yōu)化理論中最為重要的兩大問題：資源約束下的項目進度優(yōu)化以及資源約束下的三維目標（項目進度、項目成本以及資源均衡度）的優(yōu)化問題.為了驗證此模型對以上問題的有效性,本文應(yīng)用matlab仿真技術(shù)進行仿真模擬并與傳統(tǒng)方法做比較,從結(jié)果可以看出遺傳算法能夠更好的解決此類問題.