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摘 要

在我国，由于地下管道工作时间久，工作环境差、质量等原因，不可避免的会出现堵塞、破裂等问题。所以研究出对地下管道的探测机器人显得尤为重要，以免增加维修难度以及负担。

本文旨在设计出一种能够承载10kg的管道探测机器人，分析其基本机械结构和控制原理，并讨论该机器人在管道中容易出现的问题。为了提高管道机器人的灵活性及可靠性，对机器人的工作环境及行走特性进行具体分析。同时，对控制系统的设计进行精密的选择，包括硬件选型、C语言程序的编程和电路设计。在原有的设计基础之上，该机器人更加灵活，承载能力得到大幅度增加，更适用于复杂多变的环境中运行。最后对管道探测机器人进行完整的三维建模，并进行检测与运动学仿真，这对以后的管道探测机器人的设计有着重大的意义。

关键词：管道探测机器人；三维建模；里程轮；自适应性

ABSTRACT

In China, because of the long working time and poor working environment of the underground pipeline, it is inevitable to block and break. So it is very important to develop the detection robot for the underground pipeline to avoid increasing the difficulty and burden of maintenance.

The purpose of this paper is to design a 10 kg pipeline detection robot, analyze its basic mechanical structure and control principle, and discuss the problems of the robot in the pipeline. In order to improve the flexibility and reliability of the pipeline robot,the working environment and walking characteristics of the robot are analyzed. At the same time, the design of the control system is selected precisely, including hardware selection, programming and circuit design. On the basis of the original design, the robot is more flexible, the load-carrying capacity has been greatly increased, and it is more suitable for operation in complex and changeable environment. Finally, a complete 3D model of pipeline detection robot is built, and the detection and kinematics simulation are carried out, which is of great significance to the design of pipeline detection robot in the future.

Key Words: pipeline detection robot; 3D modeling; mileage wheel; adaptability

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.1.1管道检测机器人的发展现状 1

1.1.2管道机器人面临的问题 3

1.1.3管道机器人的发展前景 3

1.2毕业设计的目的 4

第二章 总体机构的设计 5

2.1管道机器人的技术要求 5

2.2总体分析设计 5

2.3电动机的选择 6

2.4行走机构的设计 7

2.5撑开机构的设计 8

2.6齿轮的设计与校核 8

2.6.1齿轮的选择 8

2.6.2按照齿根弯曲疲劳强度设计 9

2.6.3按齿面接触疲劳强度校核 10

2.6.4齿轮的几何计算 11

2.7轴的设计与分析 11

2.7.1轴的设计 11

2.7.2按弯扭合成强度校核轴 12

2.7.3键的校核 15

第三章 控制设计 17

3.1探测系统的原理 17

3.2控制系统的设计 19

3.2.1硬件的设计 19

3.2.2电气系统的硬件设计 20

3.2.3电动机的驱动设计 21

3.2.4霍尔元件 22

3.2.5供电方式 23

第四章 管道机器人的运动仿真 24

4.1三维模型的建立 24

4.2ADAMS虚拟样机的实现 24

4.3仿真结果分析 26

第五章 管道机器人的可持续性分析 27

5.1可持续分析 27

第六章 结论 29

6.1结束语 29

参考文献 30

致谢 31

附录 32

第一章 绪论

1.1引言

管道运输已成为世界一大运输方式，在油气等能源材料的运输方面有着很大的作用。世界上大多数管道的使用寿命要超过十年以上，这些管道很多都是深埋地下，工作环境非常差，因此很容易出现各种问题。在历史上，每年都会有因管道泄漏而发生的惨不忍睹事故。又由于许多管道人工很难进行检测，所以研究管道检测自动化技术迫在眉睫。在现今的研究成果上，提高检测的安全性和准确度，加强管道运输的监测和检测具有重大的意义。

1.1.1管道检测机器人的发展现状

在现如今管道检测机器人的发展中，按照其行进机构划分，可分为履带式、轮式、蠕动式、振式等几类。

1. 履带式管道机器人

履带式机器人具有较大的牵引力，支撑面积大，能够轻易的越过障碍且不易打滑。这种机器人适用于泥泞、油污等比较复杂的环境，但它受到管道空间的限制，不易转向，且结构复杂，成本较高，常不被采用。如图1所示。

图1 履带式机器人

1. 轮式管道机器人

轮式机器人是最常用的一种行走方式，它占空间小，移动速度快，结构简单，能够连续运动，行动性稳定，适用于平坦光滑的管道。但其刚性不好，在复杂的环境中不易前行，对管壁的附着力较小，在油污管道中行动轮可能会将油浆等废料带入机械装置，造成污染。如图2所示。

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