關(guān)于機(jī)械自適應(yīng)中管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)原理與驅(qū)動技術(shù)分析

吳　落（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心,廣州　510530）

關(guān)于機(jī)械自適應(yīng)中管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)原理與驅(qū)動技術(shù)分析

吳落
（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心,廣州510530）

摘要：管道作為輸送物料的工具已在軍事裝備、天然氣、石油以及核工業(yè)等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。管道在運(yùn)作的過程中因物料摩擦、壓力等因素的影響，常出現(xiàn)泄露和管道壽命短的情況。對管道的及時檢測與維修至關(guān)重要，管道機(jī)器人作為管道維護(hù)的有效工具，在維修手段、檢測以及故障等方面具有高效性和準(zhǔn)確性，其已廣泛地應(yīng)用于管道的焊接、維修、檢測以及探傷等方面。本文介紹分析了機(jī)械自適應(yīng)中管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)原理，并且進(jìn)一步分析了機(jī)械自適應(yīng)中管道機(jī)器人的驅(qū)動技術(shù)。

關(guān)鍵詞：自適應(yīng)；管道機(jī)器人；機(jī)構(gòu)原理；驅(qū)動技術(shù)

通過理論和實(shí)踐兩個層面對機(jī)械自適應(yīng)中管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)原理與驅(qū)動技術(shù)進(jìn)行分析研究，可以更好地解決管道機(jī)器人在不規(guī)則管道或者彎管運(yùn)行過程當(dāng)中被干涉等問題，提高管道機(jī)器人對管道環(huán)境的適應(yīng)性進(jìn)而提高工作效率，從而進(jìn)一步推動機(jī)械自適應(yīng)管道機(jī)器人在軍事、天然氣、石油等行業(yè)和領(lǐng)域中的應(yīng)用與推廣，而且在一定程度上還能夠促進(jìn)機(jī)械自適應(yīng)管道機(jī)器人在其他領(lǐng)域的應(yīng)用與推廣。

1　機(jī)械自適應(yīng)中管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)原理分析

多電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動與單電機(jī)驅(qū)動是傳統(tǒng)的直進(jìn)輪式管道機(jī)器人驅(qū)動的主要方式，為了克服多電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動穩(wěn)定性差和實(shí)時性差以及單電機(jī)驅(qū)動傳動性差、工作效率低以及磨損嚴(yán)重等缺點(diǎn)，科研人員研發(fā)出機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人。機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人現(xiàn)階段普遍采用的是直進(jìn)輪式管道機(jī)器人的單電機(jī)驅(qū)動，這種驅(qū)動系統(tǒng)是由預(yù)緊變徑、中央差速、行走以及控制四個單元組成。經(jīng)過改進(jìn)之后該驅(qū)動系統(tǒng)具有很強(qiáng)的管道自適應(yīng)能力，工作效率也比較高。

通過離合器將動力從電機(jī)輸出，在控制單元的操作下將動力傳遞到中央差速單元以及預(yù)緊變徑單元；在管道環(huán)境符合一定的條件下，中央差速單元能夠?qū)崿F(xiàn)差速分配的自動化，通過行走單元將動力傳遞到驅(qū)動輪。在動力的傳遞過程當(dāng)中，機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人會出現(xiàn)向后或者向前移動的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)在于：壓力傳感器位于驅(qū)動系統(tǒng)的預(yù)緊變徑單元，該傳感器會為控制單元提供準(zhǔn)確高效地預(yù)緊力測量信息，系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器所提供的預(yù)緊力數(shù)值自動辨別該數(shù)值是否滿足設(shè)定的預(yù)緊力要求，如果不符合預(yù)設(shè)的要求歐，控制單元的離合器會選擇預(yù)緊變徑單元作為傳遞動力的方向，直到預(yù)緊力的測量數(shù)值滿足驅(qū)動系統(tǒng)所需的要求為止。

相比于傳統(tǒng)的管道機(jī)器人，機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人憑借其科學(xué)的機(jī)構(gòu)原理，運(yùn)用機(jī)械化的方法，較好地解決了管道機(jī)器人在遇到不規(guī)則管道或彎管所面臨的運(yùn)動干涉的難題，在實(shí)際的操作過程中機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人具有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力。同時，雙排輪和圓周三點(diǎn)的支撐方式，為機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人超越障礙能力以及負(fù)載能力的提高創(chuàng)造了很好地條件；沿軸對稱、均勻分布的前后支撐輪，能夠達(dá)到自定心以及形成封閉的條件，還能夠增強(qiáng)行走輪的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

機(jī)械自適應(yīng)管道機(jī)器人在設(shè)計(jì)的時候通過運(yùn)用幾何約束來實(shí)現(xiàn)其順利越過彎道內(nèi)的障礙；通過研究和實(shí)踐，運(yùn)用機(jī)械化的方法以及三軸差速等理念通過設(shè)置中央差速單元有效地解決了傳統(tǒng)管道機(jī)器人在操作中遇到的問題。其次，機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人的預(yù)緊變徑單元主要是由絲杠螺母、升降機(jī)、蝸輪蝸桿以及彈簧等部件組成，很好地實(shí)現(xiàn)了機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人的預(yù)緊變徑能力；通過將三個平行四邊形組合在一起，以圓周的方式將其均勻分布，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人的行走越障和欠主動驅(qū)動。

2　機(jī)械自適應(yīng)中管道機(jī)器人的驅(qū)動技術(shù)分析

為了保證管內(nèi)移動機(jī)器人對管道環(huán)境具有良好的適應(yīng)性，國內(nèi)外學(xué)者研制了不同結(jié)構(gòu)形式的差動驅(qū)動式管道機(jī)器人。現(xiàn)階段機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人已經(jīng)憑借其很高的工作效率和超強(qiáng)的適應(yīng)能力，投入使用到許多行業(yè)和領(lǐng)域的管道的創(chuàng)口焊接和維修當(dāng)中，對于泄露事故的防范以及管道壽命的延長都起到一定的效果。提出了一種新型差動式管道機(jī)器人——機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人,其驅(qū)動單元是由三軸差速式驅(qū)動模塊與彈性全主動輪腿式管徑適應(yīng)模塊組成。

在機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人的驅(qū)動設(shè)計(jì)方面，科研人員把“彈性全主動輪腿式管徑適應(yīng)模塊”和“三軸差速式驅(qū)動模塊”組成驅(qū)動單元，不論是在直管階段，還是在彎管階段以及不規(guī)則管道階段，“彈性全主動輪腿式管徑適應(yīng)模塊”和“三軸差速式驅(qū)動模塊”都可以不同程度的防止寄生功率的產(chǎn)生，并能夠保證在懸空狀態(tài)之下行走輪拖動力的充足性，從而適應(yīng)機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人所處的管徑不斷變化的管道環(huán)境。

管道機(jī)器人在驅(qū)動單元方面在設(shè)計(jì)的時候要通過運(yùn)用一定的驅(qū)動技術(shù)讓其具備管徑適應(yīng)以及差速的性能和作用。機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人的驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用，提高了機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人對管道環(huán)境的適應(yīng)能力，促進(jìn)了管道機(jī)器人工作效率的提高。

三軸差速式驅(qū)動模塊可根據(jù)管道拓?fù)浼s束自動調(diào)節(jié)驅(qū)動單元各行走輪轉(zhuǎn)速,避免了因行走輪滑移產(chǎn)生的寄生功率;彈性全主動輪腿式管徑適應(yīng)模塊通過徑向的伸縮來適應(yīng)管徑的變化,其全主動結(jié)構(gòu)保證了行走輪在懸空狀態(tài)下仍可提供足夠的拖動力。

3　小結(jié)

在分析機(jī)械自適應(yīng)中管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)原理與驅(qū)動技術(shù)的過程當(dāng)中，我們運(yùn)用三維建模以及管道機(jī)器人的運(yùn)動仿真等方式，對機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人的自適應(yīng)能力以及其他性能做了理論和實(shí)踐上的進(jìn)一步研究與分析。機(jī)械自適應(yīng)型管道機(jī)器人的成本低、工作可靠、驅(qū)動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊以及適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)都在研究與分析得到了驗(yàn)證。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，還要及時地更新和完善機(jī)械自適應(yīng)管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)原理以及驅(qū)動技術(shù)，保證機(jī)械自適應(yīng)管道機(jī)器人的工作能力和管道環(huán)境適應(yīng)能力的進(jìn)一步的提高，從而推動我國管道使用壽命的延長以及各個領(lǐng)域管道運(yùn)輸泄露情況的改善。

參考文獻(xiàn)：

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