基于ABAQUS的多節式螺旋雙驅動管道機器人輕量化設計*

胡志明，樓 飛，朱 振，范長鑫，劉艷蓉

（南京師范大學中北學院，江蘇丹陽 212300）

0 引言

管道運輸具有獨特的優勢，為各行各業提供便利。由于管道運輸的介質多為氣體或液體，部分介質易燃、易爆或有害，一旦發生泄漏，后果不堪設想。在此巨大安全隱患之下，管道運輸安全的監管顯得尤為重要。管道機器人是一種由工作人員遠距離操控，攜帶多種檢測設備和傳感器的機器人，它們可以沿著細小的管道內壁自動行走，對管道內部情況進行檢測。管道機器人結構形式多樣，其中基于螺旋驅動的管道機器人因結構簡單，控制方便而受到青睞。目前，已有的螺旋驅動機器人多為單體式結構，且應用于管徑小于200 mm的管道內[1-7]。受工作環境的限制，管道機器人整體結構緊湊，若采用無線的自主工作方式，輕量化設計對提升機器人續航能力具有重要意義，而針對管道機器人開展的輕量化的研究工作相對較少。鑒于此，本文從提升管道機器人運行效率的角度入手、在已提出的管道機器人結構的基礎上，利用有限元分析方法，對螺旋驅動單元和支撐單元的關鍵部件及整體框架結構開展了靜力學、動力學和模態分析，并進行的結構優化，為輕量化管道機器人開發奠定基礎[8]。

1 機械系統整體結構

目前，已提出的管道機器人如圖1所示[9]，機器人由頭部螺旋驅動單元、中間支撐單元、尾部螺旋驅動單元組成。螺旋驅動單元的連接軸和中間支撐單元的十字聯軸器固連，由驅動電機帶動，繞中心軸線做圓周運動。……