文档介绍：3
第 26卷第 10期机械设计 Vol. 26 No. 10
2 0 0 9年 1 0月 JOURNAL OF MACH INE DESIGN Oct. 2009
机械自适应型管道机器人驱动单元的设计
孙丽霞 1 ,江旭东 1 ,姜生元 1 , 卢杰 1 ,唐德威 2 ,李庆凯 2
(1. 北华大学机械工程学院,吉林吉林 132021; 2. 哈尔滨工业大学机电学院,黑龙江哈尔滨 150001)
摘要:提出了一种新型差动式管道机器人———机械自适应型管道机器人,其驱动单元是由三轴差速式驱动模块与
弹性全主动轮腿式管径适应模块组成。三轴差速式驱动模块可根据管道拓扑约束自动调节驱动单元各行走轮转速,避免
了因行走轮滑移产生的寄生功率;弹性全主动轮腿式管径适应模块通过径向的伸缩来适应管径的变化,其全主动结构保
证了行走轮在悬空状态下仍可提供足够的拖动力。文中提出的机械自适应型管道机器人驱动单元管道适应能力强,其新
颖的结构组成与驱动原理丰富了管道机器人的自适应驱动理论。
关键词:机械自适应型管道机器人;驱动单元;三轴差速式驱动模块;弹性全主动轮腿式管径适应模块;机械自适应
特性
中图分类号: TP24 文献标识码: A 文章编号: 1001 - 2354 (2009) 10 - 0037 - 04
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为了保证管内移动机器人对管道环境具有良好的适应性, 三轴差速式驱动模块可根据管道拓扑约束自动调节驱动单元
国内外学者研制了不同结构形式的差动驱动式管道机器人。文各行走轮转速,避免因行走轮滑移产生的寄生功率; 弹性全主
献[ 1 - 3 ]提出了三独立轮驱动式管内移动机器人,它是根据机动轮腿式管径适应模块通过径向伸缩来适应管径的变化,其全
器人在管道内运动的数学模型,建立相应的控制策略来实现机主动结构保证了行走轮悬空的状态下仍可提供足够的拖动力。
器人的路径规划。文献[ 4 - 6 ]提出了六独立轮驱动式管内移动 1. 1 三轴差速式驱动模块
机器人,但是它的数学模型与控制算法更为复杂。文献[ 7 - 8 ] 三轴差速式驱动模块是由驱动电机、一级齿轮传动机构、
提出了一种新颖的 3自由度空间对称机构———三轴差速机构。三轴差速机构(三轴差速器) ,以及沿周向 120°均布的 3个一级
文中以该机构为核心提出了具有三轴差动功能的管道机器人
, 锥齿轮传动机构、驱动/ 预紧离合器、预紧螺旋传动机构等组
驱动单元的结构组成与驱动原理,研制了具有机械自适应特性
成,如图 2所示。驱动模块按其工作状态分为 2种工作方式: (1)
的管道机器人驱动单元样机。
差速驱动; (2) 预紧力调节。在差速状态下,驱动电机经一级齿
轮传动将运动传递到三轴差速机构的 3个主差速器,每个主差
1 机械自适应型管道机器人驱动单元速器把前行走轮的运动约束通过一个中心轮反馈给分动器,分
的结构组成与驱动原理动器调节这个中心轮的转速,最终使 3个主差速器通过系杆、单
级锥齿轮传动把运动及时传递到前行走轮组,从而实现了驱动
管道工作环境要求驱动单元具有差速功能与管径适应功单元的三轴差速功能。在预紧力调节状态下,驱动单元为适应
能。因此,机械自适应型管道机器人驱动单元是由三轴差速式不同