2.1 实现管内行走的基本条件 8

2.2 机器人运动原理 8

2.3 机器人机构设计 9

2.3.1 机器人伸缩机构设计 9

2.3.2 机器人支承机构设计 10

2.4 机器人蠕动进给机构设计 12

2.5 本章小结 13

第三章  零件尺寸的确定与校核 14

3.1 凸轮的设计与校核 14

3.1.1 凸轮的设计 14

3.1.2 验证选取凸轮基圆半径的符合性： 16

3.2 推杆设计 17

3.3 丝杠的设计与校核 18

3.3.1 丝杠尺寸的确定 18

3.3.2 丝杠的强度校核 19

3.4 支承机构设计及校核 20

3.5 电机的选择 21

3.5.1 伺服电机的确定 22

3.5.2 步进电机的确定 23

3.6 底座的确定 23

3.7 本章小结 24

第四章  蠕动式微小管道机器人运动学分析及仿真 25

4.1 Solidworks三维建模 25

4.2 Solidworks零件装配 29

4.3 装配体爆炸图 30

4.4 COSMOSMotion运动仿真 31

4.4.1 仿真参数设置 32

4.4.2 仿真结果分析 33

4.5 本章小结 37

结论与展望 38

致谢 39

参考文献 40

第一章  绪论

1.1 课题研究的背景和意义

在一般工业、核设施、石油天然气、军事装备等领域中，管道作为一种有效的物料输送手段而得到广泛的应用。为提高管道的寿命、防止泄漏等事故的发生，就必须对管道进行有效的检测维护，管道机器人为满足该需要而产生。管道机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械器具如CCD摄像机、位置和姿态传感器、超声传感器、涡流传感器，管道清理装置、管道裂纹及管道接口焊接装置、防腐喷涂装置、简单的操作机械手等在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统[1]。管道机器人可完成的作业有生产、安装过程中的管内外质量检测；使用过程中焊缝情况、表面腐蚀、裂缝破损等故障诊断；恶劣环境下管道清扫、喷涂、焊接、内部抛光等维护；对埋在地下的旧管道的修复；管内外器材运送、抢救等其他用途。

由于管道内环境复杂，对管道机器人的设计要求驱动单元结构简单、驱动效率高，同时对复杂的管内环境具有自适应能力。微小管道机器人是微机器人研究领域的一个重要组成部分，它具有体积小、能耗低的特点，能够进入一般机械系统无法进入的狭小空间内，完成检测和维修作业，它主要包括工业用管道微机器人和入体式管道微机器人两个领域。对于人类无法进入的危险或狭窄区域，如航天飞机、导弹、核动力工厂、石油化工厂和热交换站等领域的大量微细管道，十分需要可以应用于管道内探伤、维护和维修的微机器人。