基于ADAMS管道机器人变径机构优化设计.pdf

学兔兔 基于ADAMS的管道机器人变径机构优化设计 Optimizationdesignofadjustingmechanism for wall-press pipeline robotsbasedonA队 MS 曹建树，曹 振，徐宝东 CA0 Jian．shu，CAO Zhen。XU Bao．dong (北京石油化工学院机械工程学院，北京 102617) 摘 要：为提高支撑轮式管道机器人驱动效率、改善其性能，对管道机器人变径机构进行了优化设计。 通过变径原理阐述及动力学分析，建立机构优化数学模型。基-~ADAMS参数化建模和优化设 计功能，以高灵敏度设计参数为优化变量，考虑机构几何学、运动学及动力学约束条件，以 变径过程驱动电机转矩最小为目标对其展开优化设计。优化后电机最大输出转矩较优化前减 小45．2％，优化效果明显，为管道机器人设计提供了参考。 关键词：管道机器人；ADAMS；变径机构；优化设计 中圈分类号：TE9 文献标识码：B 文章编号：1009-0134(2015)07(下)-oooi-05 Doi：10．3969／J．Issn．1009-0134．2015．07(下)．01 0 引言 构、弹簧预紧平行四边形机构、丝杠螺母副加平行四边 管道机器人作为检测、维修、清理等管道作业载体 形机构、升降机调整机构及行星轮机构是 目前支撑轮式 在城市燃气管网领域得到广泛应用u】。支撑轮式管道机 管道机器人常用几种变径机构，其参数合理与否直接影 器人因驱动能力强、运动平稳、管径适应能力强等特点 响机构驱动效率，甚至机器人功能实现。目前针对管道 正成为国、内外相关领域研究重点2【】。文献[3】介绍了一 机器人的优化理论和优化模型相对较少。文献 l【0】基于 款 由美国卡 内基梅隆大学和美国国家能源部共 同开发， 遗传算法对一种轮式全驱动管道机器人进行质量优化， 基于视觉和漏磁双重检测手段模块化无缆 自供 电的支撑 通过虚拟样机拖动力仿真实验验证了优化方法可行性。 轮式燃气管道检测机器人Explorer．II。韩国成均馆大学 本文针对丝杠螺母传动连杆变径机构，在阐述其工 MRINSPECT系列管道机器人采用双主动万向节和连杆支 作原理、分析变径过程动力学特性基础上建立优化数学 撑机构实现其在弯头和T型接头管道空间顺利运行 】。 模型，并基于多体动力学仿真软件ADAMS对其结构参 国内哈尔滨工业大学唐德威教授等[6在分析机器人管 内 数进行了优化。 运动学和机构动力学基础上设计一种机械 自适应管道机 1 工作原理与动力学分析 器人，有效解决了机器人弯管处各行走轮速度协调和功 率分配问题。在此基础上，文献 7【】设计一种管道除锈 1．1变径机构工作原理 机器人，将三轴差速理论付诸于工程实践。上海交通大 变径机构在调整机器人适应管径变化过程中，要 学张云伟等 设计并验证一种基于丝杠螺母传动、平行 求机器人驱动轮保持足够附着力，以降低变径过程对机 四边形轮腿支撑漏磁管道检测机器人。中科院沈阳自动 器人正常工作影响。而附着力大小间接通过驱动轮 同管 化研究所则提出一种应用于螺旋驱动机器人 自适应移动 壁间正压力来保证。本文所述变径机构由沿机器人轴 机构，有效解决了保持架 自转及机器人越障问题 。为 向间隔120。均布的三组并