一种可跨越90制造技术

本发明专利技术公开了一种可跨越90

【技术实现步骤摘要】
一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人及结构设计方法


[0001]本专利技术属于机器人领域，具体涉及一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人及结构设计方法。

技术介绍

[0002]在工业领域内，铁磁材料管道大量应用于输送天然气、石油和其他液体。这些管道的焊接过程中和长期服役过程中因腐蚀、磨损、拉裂等原因产生各种缺陷，人无法通过肉眼直接观测管道内部的缺陷，而且通过人工方式对管道图像进行缺陷、裂缝识别存在着主观性强、效率低下等问题，因此，需要通过机器人携带检测工具进入管道内部进行检测。
[0003]当前，为了对管道进行定期的检测、维护和清理，管道机器人应运而生，传统机器人的结构大多无法通过90
°
折角障碍以及T型管道，并且各类研究对机器人在90
°
折角障碍处的通过性分析研究较少。
[0004]由此可见，管道机器人在进行工作时会出现直角弯的情况，通过现有设计方法所设计出的管道机器人无法实现直角转弯，给检测工作带来了极大的麻烦。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人及结构设计方法，采用本方法制得的管道机器人能够通过90
°
折角障碍以及T型管道，轻松实现直角转弯，提高了工作效率。
[0006]为了实现以上目的，采用如下技术方案：
[0007]一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人的结构设计方法，包括：
[0008]S1：基于平面研究理论构建管道机器人前机体单矩形模型和全机体双矩形连接模型；
[0009]S2：根据机器人前机体单矩形模型和全机体双矩形连接模型获取模型参数，根据模型参数计算得到管道几何约束关系；
[0010]S3：根据管道机器人的自身结构要求得到机器人结构约束关系；
[0011]S4：结合管道几何约束关系与机器人结构约束关系，得到机器人在管道中可通过的整体尺寸，完成管道机器人的结构设计。
[0012]进一步地，S2中，模型参数包括管道内径、机器人前机体长度、机器人宽度和机器人前机体与45
°
中心线夹角。
[0013]进一步地，S2中，管道几何约束关系包括机器人高度d、机器人前机体长度L与管道内径D之间的关系，具体关系如下：
[0014][0015]进一步地，机器人高度d、机器人前机体长度L与管道内径D之间还满足以下关系：
[0016][0017]其中，θ表示机器人前机体与45
°
中心线夹角。
[0018]进一步地，S3中，机器人结构约束关系包括：
[0019][0020]其中，L
max
表示机器人前机体与管壁接触时最大长度；d表示机器人高度；L为机器人前机体长度；d
轮
表示机器人车轮直径；b
轮
表示机器人车轮宽度；D为管道内径。
[0021]一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人，基于上述一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人的结构设计方法，其特征在于，包括：机器人前机体和机器人后机体；机器人前机体和机器人后机体采用铰接方式；机器人前机体和机器人后机体的底部分别设置有车轮；机器人前机体和机器人后机体上设有检测装置；
[0022]控制驱动装置，用于接收控制信号，根据控制信号驱动机器人前机体和机器人后机体在管道中移动。
[0023]进一步地，所述检测装置包括超声相控阵和超声测厚仪，所述超声相控阵和超声测厚仪配合完成管道内、外表面的检查以及焊缝检查。
[0024]进一步地，所述控制驱动装置包括与车轮相连的无刷电机，所述无刷电机通过传动轴与所述车轮相连。
[0025]进一步地，所述车轮采用磁吸附轮。
[0026]进一步地，所述机器人前机体和所述机器人后机体通过万向铰链相连。
[0027]相比现有技术，本专利技术的有益效果如下：
[0028]本专利技术提供了一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人的结构设计方法，本方法利用平面研究理论，将机器人简化为在管道中的机器人前机体单矩形模型和全机体双矩形连接模型，基于平面通过性模型分别推导出机器人前机体单矩形模型和全机体双矩形连接模型通过90
°
折角管道的数学模型以及各模型参数之间关系，即管道几何约束关系，再结合机器人结构约束关系确定机器人在规定直径管道中可通过的整体尺寸，根据所确定整体尺寸完成机器人结构设计；采用本设计方法制得的管道机器人能够实现在管道内自由行走、转向、爬壁及通过90
°
直角弯，从而完成管道检测；本方法设计原理及推导过程简单，便于实施，具有良好的推广应用价值。
[0029]本专利技术还提供一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人，该机器人采用上述结构设计方法制得，采用了铰接相连的前后机体和检测装置以及控制驱动装置，通过控制驱动装置接收控制信号，再控制车轮带动前后机体在管道内移动，从而完成管道检测。
[0030]优选地，本专利技术的检测装置采用了超声相控阵和超声测厚仪，通过两者的配合可完成管道内、外表面的检查以及焊缝检查。
[0031]优选地，本专利技术的控制驱动装置包括了无刷电机，使得前后机体在管道中自由运
动。
[0032]优选地，本专利技术的车轮采用磁吸附轮，永磁体吸附的车轮，能大大提升机器人的稳定性，配合无刷电机，实现机器人在管道内自由行走、转向、爬壁及通过90
°
直角弯。
[0033]优选地，本专利技术的前机体与后机体通过万向铰链连接，这样，大大提升了机器人移动的自由度。
附图说明
[0034]图1为本专利技术实施例提供的一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人的前机体过折角弯临界状态示意图；
[0035]图2为本专利技术实施例提供的一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人的全机体过折角弯临界状态示意图；
[0036]图3(a)为本专利技术实施例提供的一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人前机体管道中简化模型图；
[0037]图3(b)为本专利技术实施例提供的一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人全机体管道中简化模型图；
[0038]图4(a)为本专利技术实施例提供的一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人前机体尺寸关系图；
[0039]图4(b)为本专利技术实施例提供的一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人全机体尺寸关系图；
[0040]图5为本专利技术实施例提供的一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人的设计示意图；
[0041]图6(a)为本专利技术实施例提供的一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人的结构示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人的结构设计方法，其特征在于，包括：S1：基于平面研究理论构建管道机器人前机体单矩形模型和全机体双矩形连接模型；S2：根据机器人前机体单矩形模型和全机体双矩形连接模型获取模型参数，根据模型参数计算得到管道几何约束关系；S3：根据管道机器人的自身结构要求得到机器人结构约束关系；S4：结合管道几何约束关系与机器人结构约束关系，得到机器人在管道中可通过的整体尺寸，完成管道机器人的结构设计。2.根据权利要求1所述的一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人的结构设计方法，其特征在于，S2中，模型参数包括管道内径、机器人前机体长度、机器人宽度和机器人前机体与45
°
中心线夹角。3.根据权利要求1所述的一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人的结构设计方法，其特征在于，S2中，管道几何约束关系包括机器人高度d、机器人前机体长度L与管道内径D之间的关系，具体关系如下：4.根据权利要求3所述的一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人的结构设计方法，其特征在于，机器人高度d、机器人前机体长度L与管道内径D之间还满足以下关系：其中，θ表示机器人前机体与45
°
中心线夹角。5.根据权利要求1所述的一种可跨越90
°
折角障碍的管道机器人的结构设计方法，其特征在于，S3中，机器人结构约束关系包括：其中，L
max
表示机器人前...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐向前，张波，张骁勇，刘彦明，李星，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：