適應(yīng)復(fù)雜管道的一體化桿式管道機器人
作者：2016級本科生 余暢 孫楊昌 項云威 機械工程系
指導(dǎo)老師：韓贊東 機械工程系
關(guān)鍵詞：管道機器人 桿式機器人
摘要
此管道機器人采取一種新的過彎原理，通過減少機器人的驅(qū)動輪數(shù)，避免了傳統(tǒng)機器人過彎的難點。該機器人主要針對管道中大角度水平彎頭、豎直彎頭、T型三通管道、斜三通管道等，能夠靈活通過多種復(fù)雜管線。
整體結(jié)構(gòu)
整體結(jié)構(gòu)采用單節(jié)一體化設(shè)計，主體內(nèi)部集成了控制電路模塊，兩側(cè)的驅(qū)動機構(gòu)負(fù)責(zé)驅(qū)動機器人，四周的輔助支撐機構(gòu)負(fù)責(zé)協(xié)助調(diào)整穩(wěn)定機器人姿態(tài)。
復(fù)雜管道的一體化桿式管道機器人242.png)
圖1 系統(tǒng)原理圖
驅(qū)動結(jié)構(gòu)
由大減速比電機構(gòu)成，采用雙側(cè)雙輪的設(shè)計，能夠靈活調(diào)整姿態(tài)，減小其轉(zhuǎn)彎半徑。同時，驅(qū)動機構(gòu)能夠相對主體旋轉(zhuǎn)90度，從而使得機器人可以繞管軸線旋轉(zhuǎn)，能夠調(diào)整姿態(tài)，使機器人水平、豎直甚至螺旋前進。
復(fù)雜管道的一體化桿式管道機器人354.png)
圖2 驅(qū)動結(jié)構(gòu)原理圖
支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)
為維持機器人在管道中的姿態(tài)，在機器人周圍加裝四條支撐腿，末端安裝萬向從動輪，相鄰兩條支撐腿之間通過電動推桿連接并控制，從而保證機器人軸線與管道軸線平行。
復(fù)雜管道的一體化桿式管道機器人451.png)
圖3 支撐結(jié)構(gòu)原理圖
反饋控制
為維持機器人在管道中的姿態(tài)，在機器人周圍加本項目機器人采用Arduino UNO單片機控制，包含6個直流電機、3個直流電機驅(qū)動模塊、2個角度傳感器、1個姿態(tài)傳感器和1個藍牙通訊模塊。
角度傳感器用于監(jiān)測驅(qū)動機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)平臺相對機器人主體發(fā)生轉(zhuǎn)動的角度，以實現(xiàn)機器人原地旋轉(zhuǎn)的功能。
機器人還采用姿態(tài)傳感器確定機器人在管道內(nèi)的姿態(tài)，包括俯仰、傾斜的角度等數(shù)據(jù)，從而控制機器人針對不同管線情況做出姿態(tài)調(diào)整。
圖4 控制框圖
圖5 機器人在管道中的效果圖
