適應(yīng)復(fù)雜管道的一體化桿式管道機(jī)器人
作者：余暢 孫楊昌 項(xiàng)云威 機(jī)械工程系
指導(dǎo)老師：韓贊東 機(jī)械工程系
關(guān)鍵詞：管道機(jī)器人 桿式機(jī)器人
摘要
隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，特種條件下機(jī)器人技術(shù)研究也逐漸興起?，F(xiàn)有管道機(jī)器人在面對大角度彎頭，三通管道，管道井等復(fù)雜管道情況時(shí)的表現(xiàn)并不能滿足管道檢測系統(tǒng)日益增長的需求。此管道機(jī)器人采取一種新的過彎原理，通過減少機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)輪數(shù)，避免了傳統(tǒng)機(jī)器人過彎的難點(diǎn)。該機(jī)器人可通過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。
整體結(jié)構(gòu)
整體結(jié)構(gòu)采用單節(jié)一體化設(shè)計(jì)，主體內(nèi)部集成了控制電路模塊，兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，四周的輔助支撐機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)協(xié)助調(diào)整穩(wěn)定機(jī)器人姿態(tài)。
圖1 系統(tǒng)原理圖
驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)
由大減速比電機(jī)構(gòu)成，采用雙側(cè)雙輪的設(shè)計(jì)，能夠靈活調(diào)整姿態(tài)，減小其轉(zhuǎn)彎半徑。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠相對主體旋轉(zhuǎn)90度，從而使得機(jī)器人可以繞管軸線旋轉(zhuǎn)，能夠調(diào)整姿態(tài)，使機(jī)器人水平、豎直甚至螺旋前進(jìn)。
圖2 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)原理圖
支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)
為維持機(jī)器人在管道中的姿態(tài)，在機(jī)器人周圍加裝四條支撐腿，末端安裝萬向從動(dòng)輪，相鄰兩條支撐腿之間通過電動(dòng)推桿連接并控制，從而保證機(jī)器人軸線與管道軸線平行。
圖3 支撐結(jié)構(gòu)原理圖
反饋控制
為維持機(jī)器人在管道中的姿態(tài)，在機(jī)器人周圍加本項(xiàng)目機(jī)器人采用Arduino UNO單片機(jī)控制，包含6個(gè)直流電機(jī)、3個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、2個(gè)角度傳感器、1個(gè)姿態(tài)傳感器和1個(gè)藍(lán)牙通訊模塊。
角度傳感器用于監(jiān)測驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)相對機(jī)器人主體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人原地旋轉(zhuǎn)的功能。
機(jī)器人還采用姿態(tài)傳感器確定機(jī)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(jī)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(jī)器人在管道中的效果圖
