TH-1管道机器人设计说明书说课讲解.docVIP

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设计成员：

柴思敏F03020045031519041

朱翼凌F03020045030209393

巴振宇F03020125030209335

柳宁F03020035030209376

指导老师：

高雪官

上海交通大学机械动力学院

目录

TH-1管道机器人工作要求和技术指标…………4

元器件和配件选择说明………….5-6

机架部分设计和计算……………7-34

履带部分设计和计算…………35-72

参考文献………….73

六.组员分工……………74

TH-1管道机器人技术指标

行走速度：10

自重:5kg

净载重：10kg

机身尺寸：351mm155mm155mm

自适应管道半径范围：200mm300mm

越障能力：2mm5mm

爬坡能力：15

工作电压：12V

一次性行走距离：2500m

牵引力:300N400N

密封性能：履带密封，机架半开放

TH-1管道机器人工作指标

工作环境：中性液体环境，液面高度不得高于30mm

工作温度： 050

元器件选用

本设计采用圆周三点限位支架，三个履带行走构件相互独立，因而需要提供三个相同的电动机分别驱动各个履带。另外，管径自适应结构由丝杠螺母传动，也需要一个电动机作为驱动，于是整个机器人需要4个电动机。

考虑到整个机构适用于200~300mm管径的管道内部探伤，因而整体尺寸受到严格限制，进而限定了电动机的尺寸。以最小管径200mm作为尺寸控制的参数，履带行走机构的高度50mm，所用电动机直径大约20mm。同时作为履带机构的动力来源，此电动机亦应当达到足够的功率输出，否则将必然无法与设计要求匹配。

出于零件之间相互通用的设计理念，我们希望4个电机都是统一规格、同种型号。但是控制管径自适应部分涉及到丝杠螺母传动的动力分配，设计中压力传感器发出控制信号，以单片机实现电机的正反转控制，这就要求电动机的扭矩输出平稳。

最后由于设计要求中规定了每分钟的行程，所以电动机应该转速适中，既与整个电机的功率和扭矩相匹配，又能满足行进速度的要求。

综合以上几点，经过多方查阅资料。我们决定采用一下型号的电动机：

型号：SG-27ZYJ

额定功率：10W12VDC

额定转速度：400rpm

额定转矩：300Nmm

（上图为电动机实物参考图）

配件选用

电池:12V,9000mAh

摄象头：CCD探头，具体尺寸可选。120范围内可以探视。双头白光二级管探照光源。

机架部分的设计计算

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机架部分的功能和结构

机架部分的主要功能为支撑在管道内行走的管道机器人，使履带行走系能紧密的贴在管道壁面，产生足够的附着力，带动管道机器人往前行走。

为了适应不同直径管道的检测，管道检测机器人通常需要具备管径适应调整的机架机构，即主要有两个作用：①在不同直径的管道中能张开或收缩，改变机器人的外径尺寸，使机器人能在各种直径的管道中行走作业；②可以提供附加正压力增加机器人的履带与管道内壁间的压力，改善机器人的牵引性能，提高管内移动检测距离。

为了满足管径自适应的功能，本次设计采用了基于平行四边形机构的管径适应调整机构，在由空间对称分布的3组平行四边形机构组成，采用滚珠丝杠螺母调节方式，每组平行四边形机构带有履带的驱动装置(示意图如下)。

图1.1丝杠螺母自适应机构示意图(引用Ref.1)

机构调节电动机为步进电动机，滚珠丝杠直接安装在调节电动机的输出轴上，丝杠螺母和筒状压力传感器以及轴套之间用螺栓固定在一起，连杆CD的一端C和履带架铰接在一起，另一端D铰接在固定支点上，推杆MN与连杆CD铰接在M点，另一端铰接在轴套上的Ⅳ点，连杆AB、BC和CD构成了平行四边形机构，机器人的驱动轮子安装在轮轴B、C上，轴套在圆周方向相对固定．