管内爬行机器人行走机构的设计
管道攀爬机器人结构设计及行走动力特性分析
管道攀爬机器人结构设计及行走动力特性分析一、结构设计：1.机器人主体结构：管道攀爬机器人的主体结构一般由多个可伸缩的模块组成，每个模块包括一个电机、行走轮和一个伸缩杆。
2.伸缩机构：机器人通过伸缩杆来适应不同管道尺寸。
伸缩杆一般采用多节设计，每个节段之间通过齿轮或链条进行连接，以实现伸缩功能。
3.行走轮和传动机构：机器人采用行走轮来实现在管道内的行走。
行走轮通常由橡胶材料制成，提供良好的摩擦力。
传动机构一般为电机与行走轮的传动装置，通常采用齿轮传动或链条传动。
4.控制系统：机器人的控制系统包括传感器、执行器和控制器。
传感器可以感知机器人的位置、姿态和环境条件等信息，以便进行自主导航和任务执行。
执行器包括电机和伸缩杆等组件，用于控制机器人的运动和伸缩。
控制器负责接收传感器信息，并根据预设的算法控制机器人的运动。
二、行走动力特性分析：1.爬行速度：管道攀爬机器人的爬行速度取决于行走轮的直径、电机的转速和传动机构的设计等因素。
一般来说，机器人爬行速度应该足够快，以提高任务完成效率。
2.负载能力：机器人承载工具和传感器进行任务执行，因此需要具有较大的负载能力。
负载能力的大小与机器人的结构强度和设计参数有关。
3.自稳定性：机器人在管道内行走时需要具备较好的自稳定性，以应对管道内的复杂环境。
自稳定性主要通过控制系统实现，通过传感器检测机器人的姿态和环境条件，并及时做出调整。
4.能耗与动力供应：管道攀爬机器人通常采用电池供电，因此需要考虑能耗和续航时间。
一般通过优化结构设计和控制算法，减小阻力和能耗，延长电池寿命。
5.适应性：管道攀爬机器人需要适应多种管道的尺寸和形状。
因此，其结构设计应具有一定的自适应性，能够根据管道的不同尺寸进行伸缩和调整。
综上所述，管道攀爬机器人的结构设计和行走动力特性是保证机器人能够在管道内进行任务执行的关键要素。
通过合理的结构设计和动力调节，可以使机器人具有较高的工作效率和可靠性，适应不同尺寸和形状的管道。
管道攀爬机器人结构设计及行走动力特性分析
虽然串联机器人动力学特性及结构优化设计已经取得了许多重要成果，但仍 然存在许多研究方向值得进一步探索。例如，如何建立更加精确、高效的动力学 模型，以满足实时控制的需求；如何将新型优化算法应用于结构优化设计中，以 获得更好的优化效果；如何提高机器人的柔性和自适应性，以适应更加复杂和动 态的环境等。
此外，随着和机器学习技术的快速发展，这些技术也开始被应用于串联机器 人的设计和控制中。例如，通过机器学习方法，可以实现对机器人的自适应控制、 故障诊断和维护等。这为串联机器人的进一步发展提供了新的机遇和挑战。
因此，在未来的研究中，可以综合考虑这两种方法，设计一种混合式的控制 策略，以实现机器人在不同条件下的稳定攀爬。此外，还可以进一步研究机器人 感知和决策等方面的技术，以提高机器人在复杂环境中的自主能力。
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控制算法
管道攀爬机器人的控制算法包括位姿估计、轨迹跟踪等。位姿估计是指对机 器人在管道中的位置和姿态进行估计，通过对传感器数据的处理和分析来实现。 轨迹跟踪是指根据位姿估计结果，控制机器人按照预设的轨迹行走，通过对电机 进行控制来实现。
在控制算法的设计过程中，需要考虑机器人的作业效率和安全性。为了提高 作业效率，需要缩短位姿估计的时间，提高轨迹跟踪的精度。为了确保安全性， 需要加入防抖动和异常情况处理等功能，以避免机器人在行走过程中出现问题。
爬杆机器人是一种能够在垂直杆上自主攀爬的机器人，这种机器人在电力线 路巡检、救援、建筑等领域有广泛的应用前景。然而，要实现机器人的自主攀爬， 需要解决一系列的关键问题，包括对环境的感知、运动规划、控制策略等方面。 在本次演示中，我们将重点探讨爬杆机器人的攀爬控制。
机器人攀爬控制是实现自主攀爬的关键技术之一。在攀爬过程中，机器人需 要通过对环境的感知，获取关于杆子位置、姿态等信息，再根据这些信息调整自 身的运动状态，实现稳定的攀爬。在这个过程中，控制算法起着至关重要的作用。
管道爬行器的研究与设计之欧阳学创编
管道爬行器的研究与设计1绪论随着社会的发展和人民生活水平的提高，天然气管道以及各种输送管道的应用越来越多。
在我国及世界各个国家内，由于地形的限制和土地资源的有限，在地下都埋设了很多的输送管道，例如，一方面天然气管道、石油管道等，在埋有管道的地面上都已经建成了很多的建筑物、公路等，给管道的维修和维护造成了很大的困难。
当这些管道由于某些原因造成了泄露、堵塞等问题时，人们普通的做法是挖开道路进行维修，有些时候如果不能准确判断泄露和堵塞的具体位置时，会浪费很多的时间和精力，同时降低了工作效率[7]。
另一方面石油、天然气、化工、电力、冶金等工业的管道工程大多采用焊接管路。
为了保证焊接管路的焊接质量和运行安全,管道工程都要对焊缝进行检测,检测焊接部位是否存在虚焊、漏焊、伤痕等焊接缺陷。
常用的焊缝检测方法是采用无损检测,如超声、射线、涡流等。
对于管路检测,则大多采用管道内爬行探伤检验设备(简称爬行器) 对焊缝进行射线检测。
这类爬行器由于受管道尺寸的限制,大多结构十分紧凑。
在检测过程中,爬行器在其控制系统的控制下,可连续对同一管道不同位置上的焊缝质量进行检验。
考虑管道焊缝检测的效率,常常当管道焊接具有一定长度之后,才集中对管道进行检测。
如果一次要检测的管道比较长,爬行器的控制系统应采用车载式布置。
使用时,通过外部的控制器对爬行器上的控制系统发出指令,决定爬行器的工作状态。
随着机电一体化技术的发展，以及机器人技术的发展和管道测试等技术的进一步发展，相互之间的渗透程度越来越深，管道爬行机器人是在狭窄空间中进行精密操作、检测或作业的机器人系统。
其中机器人的作业环境一般是危险的。
火力发电厂、核电厂、化工厂、民用建筑等用到各种各小管道，其安全使用需要定期检修。
但由于窄小空间的限制，自动维修存在一定难度。
仅以核电站为例，检查时工人劳动条件恶劣。
因此管道内机器人化自动检查技术的研究与应用十分必要。
人们不再为了维修、维护管道时挖开道路，节省了大量的人力，物力和财力。
竖直管道爬行机器人
竖直管道爬行机器人小组成员：刘晓燕、周平、时佳、王迪阳、刘传亮一、设计背景：随着科学技术的发展，管道在当今社会已经得到了广泛的应用。
管道在长期的使用中难免会出现破裂、堵塞等，人们往往为了寻找管道上的一个裂纹而花费大量的人力和物力。
如今水平管道的检测、清理、维护已经不再是个难题，但竖直管道中的检测、清理、维护仍然有待解决。
而我们设计的机器人正是为满足在竖直管道的爬行而设计的，它具有一定的承载能力，可以成为管道检测、清洗设备的载体、检修的运输工人，使得管道的检测、清洁等工作易于实现。
二、组成介绍：该机器人由三部分组成，包括一个伸缩模块和两个支撑模块。
伸缩模块主要由曲柄连杆构成，利用驱动电机的转动来实现机器人的行走；两个支撑模块结构上完全一样，都是由初始弹簧提供微张力而贴附在竖直管道内壁。
由电动机的转动产生推力，使机器人的脚与管壁压紧而锁死，从而产生机器人行走所需的静摩擦力。
伸缩模块和支撑模块按一定的顺序工作，从而实现机器人在管道内的爬行。
三、结构设计:（1）支撑架的设计为满足不同内径管道的需求,将支撑架设计为可伸缩的。
同时将上下两组支撑架设计为空间十字交叉形，这样就满足机器人在管道中爬行的稳定性,,并在上下两组支撑架中各安装有被压缩的弹簧,以提供一初始的张力,使摩擦滑块与管道内壁能够充分接触。
(2) 摩擦滑块的设计摩擦滑块与管道内壁接触的部分，滑块的上部分有圆滑过渡以防止遇到障碍物时机器人被卡死。
而且这部分是可拆卸的，对不同材质的管道可选用不同材料的滑块接触面与管道内壁接触。
（3）微电机及曲柄滑块部分设计微电机通过杆件固定在机器人下肢的正下方，一方面为可降低机器人的重心使机器人在一开始时能够稳定的贴在管道内壁而不下滑，另一方面使上肢与电动机之间的距离增加从而使连杆的摆动幅度减小使上肢运行稳定（4）辅助电机控制机器人下降部分设计分别在上下肢两支撑架中间的弹簧中穿一根不可伸缩的绳，绳的一端固定在其中的一个支撑架上，另一端穿过另一支撑架连在辅助电机上。
机械创新设计课程设计--仿人二足步行机器人爬楼梯行走机构设计 ppt课件
*腿部设计：
腿部结构是机器人身体里主要的部分，根据仿 生学的知识，人腿部结构大致为：髋关节，和膝 关节，还有踝关节和脚。本文采用曲柄摇杆机构 实现其直线行走和爬楼梯功能的。两组腿交替的 变换使机身能向前运动，他们每组都支撑机体的 重量，并在负重的状态下使机体的前行，所以适 应的刚性和承载能力是非常重要的，所以对承载 能力有着限制。
课题 ：
仿人二足步行机器人爬楼梯行走机构设 计
设计说明书：
*设计任务 *机械系统运动方案设计的构想 *执行系统机构设计 *机器人创新点 *主要参考资料 *设计心得
设计任务
*设计背景：
国外在二足机器人方面研究已经有100多年历史，成果 较多，但大多都结构复杂，造价昂贵，远远超出人们的经济 承受能力。国内的研究相对较晚，虽然也诞生了很多专利， 但由于收到体积、重量、稳定性级安全问题还没有产品真正 投入实，机构之间连接性 好，制作精度容易保证； 2.机器人稳定性好，四杆机构能循环运动容易现实直 线行走； 3.生产成本低，产品绿色环保。
执行系统机构设计：
*双足机器人步行运动过程分析：
双足机器人的步态规划就是规划机器人的行走步态，水平 地面的基本行走步态有前向步行、侧向步行和转向步行。转向 步行包含了前向步行和侧向步行，是最复杂的步行。图中以左 腿首先作为支撑腿，右腿作为摆动腿为例分解，若右腿首先作 为支撑腿，左腿作为摆动腿只需将图中左右调换即可。
*设计目的：
本设计主要是利用机械原理相关知识合理设计机械腿的 相关尺寸及机构来实现爬楼梯的功能。
机械系统运动方案设计的构想：
*具体方案：
双足机器人步行运动过程中，两只脚交替的与地面，发 生间歇性的相互作用，即交替的出现左脚单支撑，双脚支撑 和右脚单支撑的状态，周期性的不断前进。机器人设计过程 中，腿部采用了四杆机构。腿部结构是机器人身体里主要的 部分，根据仿生学的知识，人腿部结构大致为：髋关节，和 膝关节，还有踝关节和脚。本文采用曲柄摇杆机构实现其直 线行走和爬楼梯功能的。两组腿交替的变换使机身能向前运 动，他们每组都支撑机体的重量，并在负重的状态下使机体 的前行。
毕业论文(设计)基于solidworks 爬行机器人爬行机构的模型建立及运动仿真
毕业设计任务书1．设计的主要任务及目标（1）通过使用solidworks软件的机械系统虚拟设计和运动仿真的基本方法，综合运用solidworks的参数化、变量化建模技术以及自上向下的设计思路，完成爬行机器人爬行机构各个零件的虚拟建模并形成装配体，最后进行简单的动画演示。
（2）对运动机构进行仿真分析。
2．设计的基本要求和内容（1）参考资料设计爬行机器人的爬行机构。
（2）使用solidworks软件对爬行机构各个零件实体建模。
（3）使用solidworks软件插入爬行机构的零部件组装成装配体。
（4）对装配体进行动画设计。
（5）对装配体进行仿真分析。
3．主要参考文献[1]刁彦飞.仿蜘蛛爬行机构设计探索[J].《应用科技》.2004年03期[2]倪宁.四足仿生爬行机器人研制[D].南京航空航天大学.2011.12[3]郗向儒.基于SolidWorks的运动仿真研究[D].西安理工大学。
2004.5[4]蒋宗礼,赵钦,肖华,王蕊 .高性能并行爬行器[D].北京工业大学.2006.124．进度安排设计（论文）各阶段名称起止日期1 确定具体选题,开题报告2014.3.01~2014.3.072 收集掌握相关资料2014.3.08~2014.4.203 通过solidworks完成爬行机构的设计2014.4.21~2014.5.214 编写并完善论文2014.5.22~2014.6.015 准备并答辩2014.6.2~2014.6.20基于Solidworks 爬行机器人爬行机构的模型建立及运动仿真摘要：爬行机器人是一种基于仿生学原理研制开发的新型足式机器人。
它采用类拟生物的爬行机构进行运动,自动化程度高，具有丰富的动力学特性。
此外，爬行机器人相比其它机器人具有更多的优点：它可以较易地跨过比较大的障碍（如沟、坎等），对凹凸不平的地形的适应能力更强；因此，爬行机器人的研究已成为机器人学中一个引人注目的研究领域。
本次设计通过使用solidworks软件的机械系统虚拟设计和运动仿真的基本方法，综合运用solidworks的参数化、变量化建模技术以及自上向下的设计思路，完成爬行机器人爬行机构各个零件的虚拟建模并形成装配体，最后进行简单的动画演示。
毕业设计(论文)爬杆机器人的机械结构设计
毕业设计（论文）--爬杆机器人的机械结构设计爬杆机器人的机械结构设计摘要论文在比较几类爬行机构的优劣的基础上，确定了机器人本体的大致结构。
在此基础上详细阐述了仿生爬行的原理和机器人模块化设计的理念。
根据路灯杆的尺寸数据，设计机器人的三维模型。
机器人建模的过程功能的实现与机械结构的尺寸优化包括以下几个关键点：爬杆机器人设计中的功能机构的协调配合、攀爬手臂夹持重合度的选择、攀爬力的变化与结构参数之间的关系、攀爬力零点的渡过等难点的设计方法和设计准则，为此类爬行机器人的设计提供参考。
关键词：爬杆机器人变直径杆仿生学Mechanical Structure design of Pole-Climbing-RobotAbstractIn the paper，the wormlike imitated pole-climbing robot what the author designed and manufactured is non-intelligence mechanical crawler. Based on compared the merits and demerits of several kind of crawling mechanism，confirmed the general structure of robot body. Based on above-mentioned，expatiated the principle of bionic crawling and the theory of modular designing on robot in detail. Based on the dimension data of poles，we have designed and manufactured the model of robot. The design methods and design guidelines during the course of robot modelingachieve the movement and optimum structural design following several key points： Functional coordination between agencies，choice of climbing arm gripping coincidence，changes of climbing force the relationship between the structural parameters，choice of zero point of climbing force and its transition in pole-climbing robot designing. Provides references forth kind of crawling robot’s designing.Key Words ： pole-climbing robot，variable-diameter pole，bionics 目录1 绪论 11.1 论文研究的目的和意义 11.2 国内外研究现状及存在的主要问题 2机器人的分类 3研究现状 4目前存在的主要问题81.3 研究主要内容和研究对象91.4 本章小结92 爬杆机器人仿生的设计理论研究102.1 仿生机器人概述102.2 总体方案分析112.3 蠕动式仿生爬行方案研究142.4 本章小结153 机器人爬行部分的结构方案163.1 爬行机器人本体结构设计准则16 模块化设计基础理论163.2 机器人结构原理方案分析18夹紧机构方案研究18传动机构方案分析20动力系统方案研究23机器人结构原理及爬行动作原理 243.3 变直径杆爬行问题的解决263.4 安全稳定的工作保障 27夹紧力的保证―弹簧的设计方法研究27 3.4 机器人的结构设计27电机的选型及参数选择 28机器人本体的空间结构设计30抓紧机构尺寸参数的确定33传动机构尺寸参数的确定37上、下凸轮的配合研究413.5 弹簧的设计与校核423.6 本章小结45结语46致谢47参考文献481 绪论1.1 论文研究的目的和意义目前全国日益加快的现代化建设步伐，除了2008年8月在北京举办的奥运会、还有2010年在上海举办的世博会，随着我国国民经济的飞速增长、人民生活水平日益提高，城镇中随之矗立起无数的高层城市建筑，各类集实用性与美观性一体的市政、商业工程诸如电线杆、路灯杆、大桥斜拉钢索、广告牌立柱等如图1.1 ，它们通常5-30m，有的甚至高达百米，壁面多采用油漆、电镀、玻璃钢结构等，由于常年裸露在大气之中，风沙长年累月的积累会形成灰尘层，该污染影响城市的美观，同时空气中混合的酸性物质也会对这些城市建筑特别是金属杆件造成损坏，加快它们的生锈，并缩短它们的使用寿命，需要定期进行壁面维护工作。
四足步行机器人行走机构设计毕业设计
四足步行机器人行走机构设计毕业设计篇一：四足步行机器人腿的机构设计毕业论文毕业设计（论文）四足步行机器人腿的机构设计学生姓名：学号：所在系部：专业班级：指导教师：日期：摘要本文介绍了国内外四足步行机器人的发展状况和三维制图软件SolidWorks的应用，着重分析了设计思想并对行走方式进行了设计并在此软件基础上四足步行机器人腿进行了绘制，对已绘制的零部件进行了装配和三维展示。
展示了SolidWorks强大的三维制图和分析功能。
同时结合模仿四足动物形态展示出了本次设计。
对设计的四足行走机器人腿进行了详细的分析与总结得出了该机构的优缺点。
本文对四足机器人腿的单腿结构分析比较详细，并结合三维进行理性的理解。
关键词：SolidWorks；足步行机器人腿AbstractIn this paper, fouth inside and outside the two-legged walking robot and the development of three-dimensional mapping of the application of SolidWorks software, focused on an analysis of designconcepts and approach to the design of walking and (原文来自：小草范文网:四足步行机器人行走机构设计毕业设计)the basis of this software quadruped walking robot legs have been drawn on components have been drawn to the assembly and three-dimensional display. SolidWorks demonstrated a strong three-dimensional mapping and analysis functions. At the same time, combined with four-legged animal patterns to imitate the design show. The design of four-legged walking robot legs to carry out a detailed analysis and arrive at a summary of the advantages and disadvantages of the institution. In this paper, four single-legged robot more detailed structural analysis, combined with a rational understanding of three-dimensional.Keywords: SolidWorks; four-legged walking robot 目录摘要 ................................................ ................................................... . (I)Abstract .......................................... ................................................... (II)1 绪论 ................................................ ................................................... .. (1)1.1 步行机器人的概述 ................................................ .. (1)1.2 步行机器人研发现状 ................................................ . (1)1.3 存在的问题 ................................................ .. (5)2 四足机器人腿的研究 ................................................ .. (6)2.1 腿的对比分析 ................................................ . (6)2.1.1 开环关节连杆机构 ................................................ (6)2.1.2 闭环平面四杆机构 ................................................ . (9)2.2 腿的设计 ................................................ (11)2.2.1 腿的机构分析 ................................................ (12)2.2.2 支撑与摆动组合协调控制器 ................................................ . (18)2.3 单条腿尺寸优化 ................................................ . (21)2.3.1 数学建模 ................................................ .. (21)2.3.2 运动特征的分析 ................................................ .. (23)2.4 机器人腿足端的轨迹和运动分析 ................................................ . (24)2.4.1 机器人腿足端的轨迹分析 ................................................ .. (24)2.4.2 机器人腿足端的运动分析 ................................................ .. (27)3 机体设计................................................. ................................................... . (30)3.1 机体设计 ................................................ (30)3.1.1 机体外壳设计 ................................................ (30)3.1.2 传动系统设计 ................................................ (31)3.2 利用Solid Works进行腿及整个机构辅助设计 (35)4 结论 ................................................ ................................................... (36)4.1 论文完成的主要工作 ................................................ .. (36)4.2 总结 ................................................ ................................................... .. 36参考文献 ................................................ ................................................... .. (37)致谢 ................................................ ................................................... (39)1 绪论1.1 步行机器人的概述机器人相关的研发和应用现如今早已变成每个国家的重要科研项目之一，通过运用机器人来代替人们的某些危险工作或者帮助残疾人完成自己所不能完成的事情。
管内爬行机器人行走机构的设计
５撑脚 防滑机构的工作原理 ．
撑脚 防滑机构如 图 ２ 所示 ． 其中长销 ２ 靠过盈配合 固连 在脚靴 ３ 上． 当滑杆 １ 与脚靴 ３ 相对移动 时， 长销 ２ 在滑杆 １ 的长槽 中滑 动， 在 脚靴踩上管壁前。 由于弹簧 ６ 的作用使滑杆 １ 相对于脚靴上移， 固联在 滑杆 １ 上的短销 ５ 迫使两摆杆 ４ 的夹角增大， 两摆杆 ４ 使 的端部缩 回 到脚靴底 面以上 。当滑杆外伸时首先脚靴底与管壁接触 ， 脚靴底接触 管壁后。 滑杆压缩 弹簧 ６ 继续下 移， 短销也 随滑杆下移， 了两摆杆 放松 ４ ’ 在弹簧 ７ 的作 用下． 两摆杆 ４的夹角减小。 两摆杆的端部从脚靴底面 上伸 出压在管壁上． 摆杆长度设计保证摆杆此时与 中心线的夹角小于 摆杆材料与管壁摩擦角． 向右滑动时右摆杆起作用， 脚靴 向左滑动 时左 摆杆起作用． 被锁死在管壁上不能左右滑动． 防滑作用。 起
式行走机 构， 是在 分析 以往 的轮式和履带式机 器人的基础上设计的一种新型的管 内 爬行机器人行走机构 。
【 词】 内 关键 管 爬行机 器人 ； 步伐式 ； 驱动机构
Ｏ 引 言 ． 目前 工业管道系统 已广泛应用于冶金 、 石油 、 化工及城市水 暖供 应等领域， 因其工作 环境非常恶劣 ， 易发生腐蚀 、 容 疲劳破坏或 使管道 内部潜在缺陷发展成破损而 引起泄漏事故等 ． 必须定期地对这些管道 进行检修和维护 ．然而管道所处 的环境往往是人力所 限或人手 不及 ． 检修难 度很大 ， 以燃气管道 管内探测是 一项十分重要 的实用化 工 所 程， 关系到燃气 的安全 、 合理地应用 和管理 。管道检测机 器人（ 管内爬 行机器人驱动机构） 就是 为满足该需要而产生的 根据管 内步伐式行走机 器人的运动模仿人在井筒 中四肢扶壁上 下运动 的模式 ． 设计 了机器人 的行走机构 ． 有效 的解决 了机器人在管 道 内的行走 。 牵 引机构 的作用 是拖动机器人前进． 引机构（ 图 １ 电机 １ 牵 见 油 、 螺杆 ２ 螺母 ５拨销 ４ 拨杆 ７和支 承杆 ９组成 。当电机 １带动螺杆转 、 、 动时’ 螺母受拨杆的约束不能转动而沿螺杆轴 向移动． 固连其上的拨 销 ４ 拨动拨杆 ７ 顺时针方 向转动．由于脚靴 １ 锁死在管壁上． ２ 支承杆 ９ 不能向后运动． ７ 拨杆 通过销 ６ 带动支架 ３ 及其 固连在 ３ 的套筒 １ 上 １ 在简体 １ Ｏ内向前滑动． 同时通过万向节 ２ 拖动机器人的后单元ｆ １ 此时 后单元的脚靴在抬起状 态１ 向前运 动， 整个机器人前进． 当脚靴 １ 处在 ２
行走机构模型设计方案
行走机构模型设计方案行走机构是机器人最基本的动力传输组件之一，其设计方案需要考虑机械结构、动力传输和控制系统等因素。
下面是一个行走机构模型的设计方案，包括机构结构、动力传输和控制系统。
机构结构：行走机构的机构结构可以采用六足机器人的设计，六足机器人由六个腿组成，每个腿包括几个连杆和关节。
连杆由附着在关节上的电机驱动，通过关节的运动实现腿部的伸缩和转动。
整个机构结构应该具备足够的承重能力和稳定性。
动力传输：行走机构的动力传输可以采用电机驱动的方式，每个腿部都需要一个电机来驱动其运动。
这些电机应该具备足够的扭矩和转速，以便使机器人能够行走在不同的地形上。
电机的控制可以采用脉冲宽度调制（PWM）技术，通过改变电机转速和方向来控制腿部的运动。
控制系统：行走机构的控制系统可以采用嵌入式控制器来实现。
嵌入式控制器可以通过传感器获取机器人的姿态信息和环境信息，然后根据这些信息来控制电机的运动。
控制系统应该具备实时性和稳定性，能够快速响应环境变化和机器人姿态的变化。
此外，还可以加入自动避障算法，使机器人能够自动避开障碍物。
自动避障算法可以通过激光或超声波传感器来检测周围的障碍物，并根据检测结果来调整机器人的行走路径。
避障算法应该能够高效地计算机器人的最佳行走路径，并能够避开复杂的障碍物。
同时，为了提高机器人的行走效率和稳定性，可以在行走机构中加入一些附加装置，如惯性传感器和阻尼器。
惯性传感器可以感知机器人的姿态和运动状态，并根据需要来调整机器人的行走步态。
阻尼器可以增加机器人的稳定性，减小机器人的震动和抖动。
综上所述，一个完整的行走机构模型设计方案应该考虑机构结构、动力传输和控制系统等因素。
这些设计方案可以根据实际需求进行调整和优化，以提高机器人的行走效率和稳定性。
管道机器人
摘要在石油管道中存在管道环焊缝不能处理的情况，严重影响了管道的寿命。
单节管道的腐蚀直接影响整个管道的运输。
因此，管道机器人在管道焊缝处理方面有很好的前景。
在轮式机器人的基础上，设计开发了一种新的管内移动机器人行走机构．机器人的3组驱动轮沿圆周方向成120°均匀分布，3个驱动电动机通过齿轮副直接驱动3组驱动轮，调节电动机通过新型的丝杠螺母副和压力传感器使3组驱动轮始终以稳定的正压力紧贴在管道内壁，使机器人具有充裕并且稳定的牵引力．对各个零件都做了详细的分析设计。
使该机器人机构紧凑，工作可靠，适用于管径为 400～600 mm 的管道。
使管道机器人的牵引力达到1470N。
移动速度达到83.33m/min。
满足了管道机器人的牵引力及速度的要求。
关键词：石油管道；行走设计；适应管径；驱动原理AbstractExisting in the pipeline oil pipeline of possible girth weld can't handle, and this seriously influences the pipe life single quarter pipe directly affected the whole pipeline Transportation, therefore, the transportation in pipe welds processing pipeline robot has a good prospect.This paper introduces the design of a carry pipe welds processing device for oil pipeline adapt to the diameter of in-pipe robot400~600mm walk to a new design of the device the diameter of screw nut pair way to make adjustment to the pipeline robot to 1470N traction movement speed 83.33 m/min satisfy the pipe robots traction and speed requirements.This paper introduces the oil pipeline robot structure and working principle. Puts forward new screw nut pair diameter of institutions, to use is to screw rotation nut mobile way. Design the abrasion resistance calculation, screw strength calculation and screw stability calculation. And designed a gear parts design related. Analyses the stress of the stem. Designed with gear drive way directly, first according to gear surface contact fatigue strength design and calculation, and then checked for fatigue broken teeth tooth root bending fatigue strength. In this process also involves gear axle design and axle, gears connect the design of the key and motor choice.KeyWords：Oil pipeline; Walk design; Adapt diameter; Driving principle目录摘要 ............................................................................................................................ I Abstract ......................................................................................................................... II 1 绪论 (1)1.1管道机器人概述 (1)1.2 管道机器人的发展现状 (1)1.2.1管道机器人的国外发展现状 (1)1.2.2管道机器人的国内发展现状 (2)1.3研究的主要内容 (2)1.4设计要达到的要求 (2)2 现有工作装置的行走原理 (3)2.1 实现管内行走的基本条件 (3)2.2不同移动方案的分析与比较 (3)2.2.1履带驱动 (3)2.2.2直进轮式微型管道机器人的移动机构 (4)2.2.3蠕动驱动管道机器人 (5)2.2.4螺旋推进管道机器人 (6)2.2.5足式管道机器人 (6)2.3移动方案的确定 (7)3 管道机器人适应管径的原理 (8)3.1适应管径变化的三种调节机构 (8)3.1.1蜗轮蜗杆调节方式 (8)3.1.2升降机调节方式 (9)3.1.3滚珠丝杠螺母副调节方式 (9)3.2新型的丝杠螺母调节机构 (10)4 丝杠螺母调节机构的总体设计 (12)4.1丝杠上螺母与驱动轮压力的关系 (12)4.2 BK杆上的力的计算 (13)4.3机器人弯道通过性分析 (14)4.4机器人调节机构的杆长分析 (15)4.5调节机构的杆长及参数的计算 (16)4.6正压力N的计算 (18)4.6.1机器人重量 (18)4.6.2机器人速度与加速度 (18)4.6.3机器人的驱动轮与管道内壁正压力的计算 (18)4.7计算丝杠上的力 (18)5 丝杠设计 (19)5.1 螺旋传动 (19)5.2螺旋传动的特点 (19)5.3螺杆的设计 (19)5.3.1 螺距p的确定 (20)5.3.2 螺杆公称直径d的确定 (20)5.3.3 螺杆长度的确定 (20)5.3.4螺杆的传动效率的确定 (20)5.4 螺杆的各项参数的确定 (20)5.4.1 耐磨性计算 (20)5.4.2螺纹的强度校核 (22)5.4.3螺杆的强度校核 (23)5.4.4螺杆稳定性的校核 (23)5.5丝杠上扭矩的确定 (24)6 螺旋传动的电机的选择 (25)6.1步进电机的特点 (25)6.2步进电机规格的选择 (25)6.3选择具体使用的电机 (26)7弹簧的设计 (27)7.1弹簧的设计 (27)7.1.1选择弹簧材料 (27)7.1.2计算曲度系数K (27)7.1.3计算弹簧中径D (27)27.1.4求所需弹簧的圈数n (27)7.2验算稳定性 (28)7.2.1取弹簧节距t (28)7.2.2计算弹簧的自由高度H (28)7.2.3判断弹簧稳定性 (28)7.3计算单根丝杠的长度 (28)8 驱动的原理 (29)8.1驱动电机的选择 (29)8.2移动载体方式有 (29)8.2.1单驱动管内移动载体 (29)8.2.2双驱动管内移动载体 (30)8.2.3三驱动管内移动载体 (30)8.3传动比的确定 (31)8.4小齿轮的设计及校核 (31)8.4.1选择齿轮材料及其热处理并确定初步参数 (31)8.4.2按齿面接触疲劳强度设计齿轮的主要参数 (32)8.4.3校核齿根弯曲疲劳强度 (33)9具体驱动电机的选择 (35)10 其他零件的选择 (36)10.1电机与齿轮之间的键的设计 (36)10.2电池的选择 (36)10.3丝杠与步进电机连接的联轴器的选择 (36)10.4驱动轮的选择 (37)10.5丝杠上轴承设计 (37)10.6 支撑滑动杆的导轨设计 (38)总结 (40)参考文献 (41)致谢 (43)附录A装配图 (44)1 绪论1.1管道机器人概述管道机器人是一种可沿管道内部或外部移动，携带一种或多种传感器及操作器（如CCD摄像机、位置和姿态传感器、超声传感器、涡流传感器、管道清理装置、管道裂纹及管道接口焊接装置、防腐喷涂装置、简单的操作机械手等），在操作人员的遥控操作或计算机的自动控制下，能够进行一系列管道作业的机电一体化系统。
爬行机器人设计思路
爬行机器人设计思路1 综述使用爬行机器人还能收集信息，在数据挖掘项目中，爬行机器人一般是以爬虫或蜘蛛的形式出现，以浏览器的形式对所指定的网页提取信息，爬虫的目的就是把世界范围内的网页当成数据来进行搜索、收集、发布等。
爬虫以及爬虫机器人的设计也可以分为客户端和服务器端/爬虫端两部分，其中客户端是负责发送请求、接收响应、解析响应等，而爬虫端则负责向客户端发送请求，提取网页信息，根据指定的链接把相关数据归类并保存等。
2 爬虫机器人的架构设计爬虫机器人的整体架构是分层设计的，主要分为3层：管理层、调度层和执行层。
管理层主要负责管理和控制整个系统，负责欢迎客户端的请求，向调度层发送抓取任务等，而调度层则是对管理层发过来的抓取任务进行调度，给执行层发送抓取、搜索请求后，接受执行层的响应，并进行数据收集分析，再将最终的结果发送到客户端。
执行层则是最底层，其主要目的是根据调度层给出的任务，对指定网页抓取和搜索，获取指定网页内容进行对接，并将最终收集到的信息上报调度层。
3 连接设计除了主要的架构设计，爬虫机器人的连接设计也是非常重要的，其将抓取链接、错误链接、被阻止链接、访问过链接等聚合在一起，让执行层可以轻松的对其进行管理，让爬虫机器人可以更加高效的完成任务。
连接设计的另一个重要作用则是爬虫机器人可以以多种不同的方式抓取网页，比如http、https等，以及可以使用多个IP地址去抓取信息，可以有效的抵抗反爬虫机制，这也是爬虫机器人具有较高效率的重要原因之一。
4 配置管理最后还要考虑爬虫机器人的配置管理，这一块也非常重要，配置管理主要指的是在爬虫机器人的运行过程中，可动态调整机器人的运行参数，不仅可以改变爬虫机器人的一些运行行为，还可以在抓取数据的过程中动态调整。
另外，由于各种信息可能存在更新，爬虫机器人还需要针对此实现动态更新，从而保证机器人的正常运行。
以上就是爬行机器人的设计思路，从而可以有效的满足需求，提高正确数据采集率和收集效率，同时还能解决一些网络安全性的问题。
管道三足爬行机器人的设计
管道三足爬行机器人的设计收稿日期:2006205206.作者简介:丛晓霞(19572),女,山东蓬莱人,副教授。
丛晓霞,秦冬冬,秦永康(河南科技学院机电学院,河南新乡453003)摘要:针对各种口径的管道内的移动监视、障碍物清除、引线等问题,设计了一种管道三足爬行机器人。
本文分析了管道三足爬行机器人的结构、功能。
关键词:管道三足爬行机器人;螺旋机构;平面四杆机构;履带机构中图分类号:TP242.6 文献标识码:A 文章编号:167326060(2006)0420098203P i p i n g Three Foots Crawl A long The RobotCONG Xiao 2xia,et al .(Henan I nstitute of Science and Technol ogy,Xinxiang,Henan,453003,China )Abstract:Ambulati on in the p i p ing surveillance,stu mbling bl ock clearance,fuse ...etc .p r oble m that ai m at every kindof caliber,design a kind of p i p ing three f oots cra wl al ong the r obot .This text analyzed the p i p ing three f oots cra wl al ong the constructi on,functi on of the r obot .Key words:Pi p ing three f oots cra wl al ong the r obot,Sp iral organizati on,Flat surface four pole organizati on,Track orga 2nizati onl 各种地下管道、空中管道及建筑物内的通风、制冷、线路、燃气管道作为一种有效的物料运输手段在我们的生活中起着重要作用,得到了广泛的应用。
管道机器人毕业设计(论文)简介
φ700mm-φ1000mm管道机器人构造设计摘要在工农业消费及日常生活中，管道应用范围极为广泛。
在管道的使用过程中，会产生管道堵塞与管道故障和损伤，需要定期维护、检修等。
但管道所处的环境往往是人们不易到达或者不允许人们直接进入，所以开发管道机器人就显得尤为重要。
以金属冶炼厂管道清洁机器人为研究目的，根据其工作环境和技术要求设计了一种可适应φ700mm-φ1000mm管道的管道清洁机器人。
该管道机器人采用三履带式的可伸缩行走装置，操作装置为2个自由的的操作臂，末端操作器上安装有吸尘头，吸尘头吸起的灰尘通过吸尘软管搜集在装灰箱体内。
当灰尘装满后，机器人行走到倒灰口，翻开卸料门，将灰尘倒掉。
本次设计主要对管道清洁机器人进展构造设计，利用三维参数化特征建模软件Pro/Engineer建立了管道清洁机器人的三维模型，生成了机器人主要零部件的工程图。
对管道机器人中的主要机构进展动态仿真，验证了所设计机构的正确性。
最后对主要零部件进展了设计校核计算，并简单表达了该机器人控制方案。
关键词：管道清洁机器人；构造设计；三维建模AbstractPipeline is very often applied on industry and agriculture production and daily life. Because pipeline is possibly jammed and distressed, it needs to be maintained and repaired and so on. However it is difficult to reach or do not allow directly accessing in pipeline, so exploiture of pipeline robot is particularly important.Regarding in-pipe clearing dust robot in exhaust gas pipeline of metal smeltery as the research object, based on working environment and technology requires of the robot, a kind of pipeline robot which is capable o f adapting φ700mm-φ1000mm pipe is designed. The robot has three-pedrail and extend-retract locomotion equipment, its operation device is 2-DOF arm, ender operation is a nose-dust-collector, dust is collected in box loading dust through tube. When the box is loaded up, the robot runs to dump opening and discharge opening is opened, and dust is unloaded. In the design, pipeline robot structure is detailedly designed. Pipeline cleaning robot model is built in three-dimensional modeling software Pro/Engineer, robot drawing is built. Robot mechanism is simulated, and it verifies project of robot to be correct. In the end mostly parts are checked and analysed, and robot control project is simply illuminated.Keywords：Pipe Cleaning Robot；Structural Design；Three-dimensional Modeling一、本课题研究背景及意义在工农业消费及日常生活中，管道作为一种重要的物料运输手段，其应用范围极为广泛。
管内壁爬行机器人的设计
前言随着现代科学技术的发展，管道运输作为一种高效、安全、可靠的手段应用日益广泛，城市中的地下排水系统、取暖系统、煤气系统、自来水系统等都应用了各种管道；另外，在现代工农业、石油、化学、核工业等领域也大量使用了管道。
经过长期使用，它们会出现裂纹、腐蚀、堵塞等故障。
有的管道中输送的是剧毒或放射性介质，若这些管道产生裂纹、漏孔会造成介质泄漏，引起事故甚至发生灾难。
为了防患于未然，必须对这些管道进行定期检测和维修。
但是它们有的埋在地下，甚至埋在海底，有的口径很小，人无法进入。
挖出管道进行检测、维修既不经济又不现实，由此可见，管道机器人有着广阔的市场。
我国早在1987年就开展了管内机器人的研究，并试制了几种模型，但总体水平较国外差。
管内机器人研究是机电一体化的高科技研究项目。
在石油、化工、核工业、给排水等许多管道工程中，都需要进行管内检测、喷涂及加工等工作，管内机器人在完成这些工作中会发挥重要作用，因此，开发研究管内机器人意义很大[1]。
本次题目的内容就是设计一种可在油管内壁爬行，并且搭载工作体的部分可协助工作体完成相应作业的机器人。
采用机械结构和电气控制来达到设计目的。
要实现的理想过程是：人对主机输入一个控制信号，可以通过单片机对电机、电磁铁进行电气控制，从而使机器人能够按照所搭载工作体的要求进行移动，并在工作体的工作位置做出相应的辅助动作。
机器人在行进过程中可在任意位置停止前进，并可以在该位置开始作业，工作体可在步进电机驱动下完成小于360度的任意角度的旋转。
油管内壁爬行机器人的设计1 方案的结构选择1．1 总体选择总体上，本次设计主要采用机械结构设计来完成指定的动作，而用电气设计来控制这些动作。
1．2 前进方案的选择目前在管道内机器人的行进方式多种多样，本设计采用蠕动式行进的方式。
前进方案由旋转式步进电机、直线式步进电机、气缸中进行选择。
现将3种方式在本设计中的应用进行比较。
由于本设计前进方式为直线，所以其中使用直线式电机最为简便，直线电机的电机轴是丝杠形式的，于是可以通过丝杠的导程来计算机器人的行进距离。
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管内爬行机器人行走机构的设计
【摘要】随着管内检测爬行机器人技术的不断成熟，它在工业中的应用也越来越广，本文所设计的管内爬行机器人驱动机构，即管内步伐式行走机构，是在分析以往的轮式和履带式机器人的基础上设计的一种新型的管内爬行机器人行走机构。
【关键词】管内爬行机器人；步伐式；驱动机构
0.引言
目前工业管道系统已广泛应用于冶金、石油、化工及城市水暖供应等领域,因其工作环境非常恶劣,容易发生腐蚀、疲劳破坏或使管道内部潜在缺陷发展成破损而引起泄漏事故等，必须定期地对这些管道进行检修和维护，然而管道所处的环境往往是人力所限或人手不及,检修难度很大, 所以燃气管道管内探测是一项十分重要的实用化工程,关系到燃气的安全、合理地应用和管理。
管道检测机器人（管内爬行机器人驱动机构）就是为满足该需要而产生的。
根据管内步伐式行走机器人的运动模仿人在井筒中四肢扶壁上下运动的模式，设计了机器人的行走机构，有效的解决了机器人在管道内的行走。
1.管内爬行机构总体设计
管内爬行机构主要由撑脚机构及其传动，牵引机构及传动，转向机构3部分组成：见图1所示：
该管内爬行机构的运动控制过程大致为：主、副电机不同时工作，分别控制其牵引机构和撑脚机构，并且镜面对称的两单元，其支撑脚同一时间径向所处状态相反，即前脚踩在管壁上时，后脚处在抬起状态；反之亦然。
具体过程为通过副电机16带动齿轮与齿圈啮合旋转，齿圈背面的平面螺纹驱动滑杆沿滑道径向移动，从而实现支撑脚的转换。
主电机1通过联轴器与丝杠连接，带动丝杠旋转，将丝杠的旋转运动转换为螺母的轴向移动，从而通过连杆机构拖动身躯和前后单元向前移动，另一部分的控制过程相同。
上述动作是管内爬行机构的一个步进过程，循环执行步进过程机器人继续前进，实现管内的均匀连续行走。
2.撑脚机构及其传动
撑脚机构的作用是使管道机器人被支承在管道中心线上。
其机构及传动(见图1)由电机16、小齿轮15、齿圈及平面螺纹14、滑杆13、脚靴12组成。
当电机16带动小齿轮15和齿圈14旋转时,齿圈背面的平面螺纹驱动滑杆13在筒体10的径向轨道内外伸推动脚靴踩在管壁上,电机反向旋转时,滑杆内缩带动脚靴径向抬起离开管壁。
脚靴三套在圆周上间隔120°布置,三套脚靴同步伸缩,其动作与车床三爪卡盘的动作类同。
三套脚靴伸出踩在管壁上时,使机器人处在管道的中心线上。
为了使机器人在脚靴缩回时,仍能维持在中心线上,安装4组辅助支承轮18,每组三套,在圆周上间隔120°安装,支承轮通过支承柱19、弹簧20分别与支架3和筒体10固连。
当撑脚缩回时支承轮使机器人基本上维持在管道中心线上。
当机器人行走过程中支承轮遇到障碍时弹簧被压缩通过障碍。
3.牵引机构及传动
牵引机构的作用是拖动机器人前进.牵引机构(见图1)由电机1、螺杆2、螺母5拨销4、拨杆7和支承杆9组成。
当电机1带动螺杆转动时,螺母受拨杆的约束不能转动而沿螺杆轴向移动,固连其上的拨销4拨动拨杆7顺时针方向转动,由于脚靴12锁死在管壁上,支承杆9不能向后运动,拨杆7通过销6带动支架3及其
固连在3上的套筒11在筒体10内向前滑动,同时通过万向节21拖动机器人的后单元(此时后单元的脚靴在抬起状态)向前运动,整个机器人前进.当脚靴12处在抬起位置时,拨杆7通过支承杆9推动筒体在套筒11上向万向节方向滑动、改变了腿的姿势。
4.转向机构
转向机构的作用是使机器人能随管道的弯曲自动转向通过弯曲管道(见图1)。
管道行走机器人由两个镜面对称的单元组成,两个单元的套筒间由万向节21连接,这是一个十字万向节机构,可使前后两单元在任意方向上转动。
当管道弯曲时万向节可自动转向适应弯曲管道,这样机器人通过弯曲管道时无需专门进行检测和控制。
5.撑脚防滑机构的工作原理
撑脚防滑机构如图2所示，其中长销2靠过盈配合固连在脚靴3上,当滑杆1与脚靴3相对移动时,长销2在滑杆1的长槽中滑动,在脚靴踩上管壁前,由于弹簧6的作用使滑杆1相对于脚靴上移,固联在滑杆1上的短销5迫使两摆杆4的夹角增大,使两摆杆4的端部缩回到脚靴底面以上。
当滑杆外伸时首先脚靴底与管壁接触，脚靴底接触管壁后,滑杆压缩弹簧6继续下移,短销也随滑杆下移,放松了两摆杆4,在弹簧7的作用下,两摆杆4的夹角减小,两摆杆的端部从脚靴底面上伸出压在管壁上,摆杆长度设计保证摆杆此时与中心线的夹角小于摆杆材料与管壁摩擦角,脚靴向右滑动时右摆杆起作用,向左滑动时左摆杆起作用,被锁死在管壁上不能左右滑动,起防滑作用。
6.支撑腿的设计
支撑腿的作用是使机器人在脚靴缩回时，仍能维持在中心线上。
管道行走机器人由两个镜面对称的单元组成，在每个单元里安装两组支撑腿，每组三套，在圆周上间隔120度安装。
支撑腿主要是由支撑柱、支撑轮和弹簧三部分组成（如图3所示）图中1为支撑杆，2为弹簧，3为支撑轮，支撑轮通过弹簧、支撑柱以及支撑柱上的螺纹分别固连在支架的前端与筒体上。
在此，为方便连接，在支撑柱上设置一凹槽，以便利用扳手将支撑腿固连在支架和筒体上。
当撑脚缩回时，支撑轮使机器人基本上维持在管道中心线上；机器人在行走过程中，当支撑轮遇到障碍，弹簧在机器人牵引力的作用下被迫压缩，以此通过障碍。
7.结论
步伐式行走机构，脚锁死在管壁上，在大牵引力情况下不打滑。
并且安装了4组辅助支撑轮，当撑脚缩回时支撑轮使机器人基本上维持在管道中心线上；当机器人行走过程中，支撑轮遇到障碍时，支撑轮上的弹簧被压缩，可以自主通过障碍；机器人通过弯曲管道时无需专门进行检测和控制。
这种机器人是可以双向运动、自动转弯的步伐式行走机构，此设计解决了机器人在管内爬行的行走需要。
[科]
【参考文献】
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