螺旋驱动管内机器人自适应运动机理与机构设计.pdf

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1、第52卷第9期机械工程学报Vol.52No.92016年5月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGMay2016DOI：10.3901/JME.2016.09.009*螺旋驱动管内机器人自适应运动机理与机构设计1,21,3111李特马书根李斌王明辉王越超(1.中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016；2.中国科学院大学北京100049；3.日本立命馆大学机器人系滋贺525-8577日本)摘要：为了提高螺旋驱动式管内机器人在直管道和不同曲率半径弯管道中的环境适应能力，对自适应运动机理这一问题展开研究。考虑管道环境特点

2、，在机器人运动学和力学建模的基础上，分别提出直行运动机理、转向运动机理和负载能力调节机理。调节螺旋轮倾角能够使螺旋驱动式管内机器人具有环境自适应性，并能够避免运动干涉和滚轮打滑的问题。基于自适应运动机理，提出一种基于自适应联动机构的螺旋驱动式管内机器人。自适应联动机构通过偏心臂反馈环境信息，并利用差动原理改变螺旋轮倾角。动力学仿真结果表明：该机器人能够机械自适应地通过直管和不同曲率半径的弯管,同时能够通过自适应联动机构调节负载能力。关键词：螺旋驱动；管内机器人；自适应联动机构；运动机理中图分类号：TP242DesignandMotionMechanismofa

3、ScrewDriveIn-pipeRobotwithAdaptabilitytoIn-pipeEnvironment1,21,3111LITeMAShugenLIBinWANGMinghuiWANGYuechao(1.StateKeyLaboratoryofRobotics,ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofSciences,Shenyang110016;2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049;3.DepartmentofRobotics

4、,RitsumeikanUniversity,Shiga-ken525-8577,Japan)Abstract：Inordertoimprovetheadaptabilityofthescrewdrivein-piperobotinstraightandcurvedpipeswithvariedcurvatureradius,theproblemofadaptivemovementmechanismisresearched.Consideringthepropertiesofthepipeenvironment,straightmovementmechanis

5、m,steeringmovementmechanismandloadregulationmechanismareproposedbasedonthemotionandforcemodelsoftherobot.Theresearchrevealsthatenvironmentadaptabilityofthescrewdrivein-piperobotcanbeobtainedbymodulatinginclininganglesoftherollers.Theproblemsofmotioninterferenceandrollerslippingcanbe

6、alsosolvedtosomeextent.Ascrewdrivein-piperobotwithanadaptivelinkagemechanismisdesignedbasedontheadaptivemovementmechanism.Theadaptivelinkagemechanismcanobtainthepipeenvironmentinformationthrougheccentricarmsandchangetheinclininganglesoftherobot’srollersdifferentially.Thedynamicsimul

7、ationresultsshowthattheproposedrobotcanadaptivelypassthroughthestraightandcurvedpipeswithvariedcurvatureradius,andtherobotcanalsochangethemaximumloadabilitybytheadaptivelinkagemechanism.Keywords：screwdrive；in-piperobot；adaptivelinkagemechanism；movementmechanism现腐蚀、老化、裂缝等故障。近年来，管道事故频

8、*0前言发，造成了巨大的经济损失和环境