一种蠕动式管道机器人的设计

第 4期 2010年 4月 机 械设 计 与 制 造 Machinery Design & Manufacture 13 文章编号：1001—3997(2010)04—001 3-02 一 种蠕动式管道机器人的设计 张延恒 逢增辉 ( 北京邮电大学，北京 100876)( 中国核电有限公司，北京 100840) Design of a novel crawling pipe robot ZHANG Yah—heng’，PANG Zeng-hui ( Beijing University of Post and Telecommunications，Beijing 100876，China) ( China Nuclear Power Engineering Co．Ltd．，Beijing 100840，China) 2 【摘 要】提出了一种新型蠕动式管道机器人，分析了驱动机理和管道通过性。这种蠕动式 人分为左右两个部分，两个部分通过柔性软轴连接。它的结构简单，仅采用一个电机既可以实现 《蠕动行走。制造成本低，且控制方法简单可靠。这种新型结构的管道机器人在_T-,_lk管网检测领域 地应用前景。 关键词：管道；蠕动；机器人；柔性软轴 【Abstract】A novel crawingpipe robot is developed in this paper，and its drivingprinciple adapt ability in the p咖e are also analyzed．This type of robot is composed oftwo parts，and the 》are connected with a flexible sh ．It USeS only one motor to realize crawling in the pipe，thus easily to be controlled．The structure ofthe robot is simple and has potential application infuture． Key words：Pipe；Peristalsis；Robots；Flexible soft shaft 、 口 、 口 口 口 口 口 口 口 、 0 口 、 口 ∞ 、 口 、 、 、 口 、 口 、 ‘ 、 口 、 口 中图分类号：TH12，TP242 文献标识码：A 1引言 在现代 ，无论是工业 、农业还足国防领域中都有纵横交错的 管道。如何保障这些管道系统的安全性和有效性，对于我国经济 发展至关重要。管道机器人是工作在输送管道内，用于完成管道 缺陷检测、修复等的智能装置，是保障管道安全的重要工具。由于 管道内环境复杂l】I，对管道机器人的设计要求驱动结构简单、 驱动效率高，同时对复杂的管内环境具有自适应能力。因此研制 具有结构简 单、驱动效率高、具有管内环境自适应能力的管道机 器人具有重要意义。 在参考蠕动式管道机器人研究成果的基础上，提出了一种采 用双球头结构、具有柔性软轴及电磁吸合装置并能实现白发电的管 道仿生篆『牛蠕动机器人。该机器人不仅能够利用自身的驱动装置在 管道内实现有动力蠕动行走，并且能够在流动液体环境下利用压差 实现无动力运动。其柔『生轴及双球头的存在使得其对弯曲管道具有 结卡句自适应 。与其他管道蠕动机器人相比，设计所提出的管道蠕 动机器人町以实现无动力液压驱行走和有动力蠕动行走两种行走 方式，同时蠕动行走机构采用电机直接驱动，不存在弹性储能元件， 行走效率大大提高。蠕动行走时，采用电磁吸合方式实现双球头循 环定位蠕动行走，蠕动定位可靠，蠕动行走精确度高。 2总体 机器人的总体设计三维图，如图1所示。机构简图，如图2所 示：蠕动机器人主要由左球壳 1、右球壳 6、电磁铁 2、永磁铁 3、橡 胶 4、滑动轮 5、发电机 7、叶轮 8、导流管 9、挡板电机 l0、挡板 1 1、右球壳法兰盘 l2、左球壳法兰盘 13、齿轮螺母 l4、小齿轮 l5、 ★来稿 日期：2009—06—06 驱动电机 16、柔性软轴 17。其巾柔性软轴～卜缠有螺旋弹簧导轨， 与驱动螺母配合，如图3所示。 图 1蠕动机器人三维图 1 2 3 4 5 6 7 8 l7 16 15 l4 13 12 I1 10 9 图2管道仿生梁性蠕动机器人简图 图3齿轮螺母与软轴的运动关系 第 4期 2010年 4月 机械设计与制造 Machinery Design & Manufacture 15 文章编号：1001—3997(2010)04—0015—03 直升机整流罩锁紧机构方案设计与研究 张 巍 吕长生 姜大成 陈 申 (陆航驻哈尔滨地区代表室，哈尔滨 150066) Program design and research on helicopter dome locking machine ZHANG Wei，LV Chang—sheng，JIANG Da-cheng，CHEN Shen (Customer Representative of General Staff Department in Harbin District，Harbin 1 50066，China) ■ 1 t t ∥ ∥ ∥■ 1 ∥ ● t t ■ t ∥ ■ t ∥ t 0 ∥0 0 ■ ■∥ 0 ■ ■∥ ■ ∥■ ∥■∥∥ t t 0 ■ ■ ∥■ ’t 【摘 要】提出了直升机整流罩锁紧机构设计方案，利用Pro／E软件进行各零部件的三维建模、虚拟 装配。通过锁紧触点运动轨迹方程的建立进行了Pro／E环境下锁紧机构运动仿真，并应用有限元分析软件 MSC．Patran校核了锁紧梁的强度。通过理论设计、运动仿真和强度校核结果表明了该锁紧机构设计方案 的可行性。 关键词：直升机；整流罩锁紧机构；轨迹方程；有限元分析；强度校核 【Abstract】Design scheme about helicopter dome locking machine is put forward，the ltse of Pro／E parts and components r the three-dimensional modeling，virtual assembly．Trajectory through the locking contact equation，a Pro／E environment bo motion simulation．Application offinite element analysis s妒一 ware MSC．Patran check the strength of the locking beam．Through theoretical design，motion simulation and Checking the resuhs ofstrength show that the asibility ofthe design． Key words：Helicopter；Dome locking machine；Trajectory equation；Finite element analysis； Strength Check 中图分类号：TH16，V233．6 文献标识码：A 1引言 整流罩是直升机机体的重要组成部分l1． ，主要作用保护直升 机的关键部件，如发动机、主减速器、传动轴及机体两侧的操纵线 系不受外来物的干扰，同时起到空气整流的作用，进而减小直升 机在飞行中的阻力。整流罩的安装质量直接影响飞行安全，因此 整流罩锁紧机构的设计至关重要。 针对直升机整流罩锁紧机构的工作特点，提出了直升机整流 罩锁紧机构的设计方案，并分析了其工作原理。 2锁紧机构设计 2．1锁紧机构方案设计 直升机整流罩锁紧机构的锁紧功能是通过安装在锁紧梁上 的调整螺钉挤压机体内表面来实现。为此，提出了锁紧机构的设 计方案，如图 1所示。该锁紧机构主要由机体 1、调整螺钉 2、锁紧 螺母 3、锁紧梁 4、锁紧梁销轴 5、过渡连杆销 6、自锁压簧 7、过渡 连杆 8、锁紧触盘9、底座 lO、弯梁销轴 11、主动弯梁 12、开锁触 盘 l3、整流罩 14等组成。 锁紧机构工作原理是，锁紧梁4和主动弯梁 12分别绕各自 销轴转动，锁紧梁 4与主动弯梁 l2之间通过过渡连杆 8连接；底 座 10是锁紧机构的支架，通过铆钉铆接在整流罩内表面上，可随 整流罩一起绕颌叶转动。锁紧机构的打开，关闭操作，由按压锁紧 触盘 9或开锁触盘 10来实现。 2．2锁紧机构三维建模 在Pro／E软件环境下，应用Part模块建立零件的三维模型。 建模的依据，严格按照整流罩设计构思和设计方案进行，尽量保 证三维图形数据的完成性和正确性。由于将进行锁紧机构的运动 仿真和关键部件的有限元分析，因此建模的原则是：锁紧机构的 运动、工作部件建模尽量细化，主要包括锁紧梁、主动弯梁等，而 -k来稿 日期 ：2009—06—22 5结论 (4)：l85 析计算可见’采用柔陛软轴的蠕动式管道机器人'可 ’能源僦 管道机器人的机械结构 机器人’ 以利用弹簧的传动作用实现蠕动行走 ，同时由于机器人本体的类 3逄境飞 ，张家梁，杨建国等．一种蠕动式管内机器人的研制．机械设计与制 活塞结构，还可以利用管道内的压差实现无动力行走。由于机器 造 ，2o05(4)：lo 103 人中心轴的柔性，使得其能够顺利通过￡型管道，行走效率高，是 4刘晓洪 ，郑毅，高隽恺等．新型蠕动式气动微型管道机器人．液压气动与密 一 种新型的管道机器人机构。 封 ，2007(1)：16--18 参：考文献 5贾宝贤，刘永红，杨毅．仿蚯蚓机器人蠕动装置的研究．机器人，2000，22 1壬殿君，李润平．黄光明．管道机器人的研究进展．机床与液压，2008，36 (5)：415--419