论文总字数：13511字

摘 要

随着科技的飞跃发展，机器人成为了现在的一种新型智能系统，广泛应用于工业等领域，同时也能解决许多的问题，比如管道内部的清理、检测、维修缺陷等一些人力不好解决的难题，所以减轻了大量的人力劳动以及节省了时间。伴随着机器人的不断扩大，同时为了提高机器人的应用水平，研制出了一款在管道内行走的机器人。

本文机器人采用了滚轮移动式，可进行伸缩，用solid works绘制出了装配图。还阐述了机器人的研究背景以及意义和目的，进行了总体方案设计，零部件的设计以及装配图的仿真。

关键词：管道机器人；行走机构；结构设计；Solid Works与仿真

Pipeline Robot Walking System Design

Abstract

Along with the rapid development of science and technology, robot has become now a new type of intelligent system, widely used in industrial fields such as, at the same time also can solve many problems, such as the inside of the pipe cleaning, testing and maintenance of defects such as human to solve the problem of poor, so to reduce a large amount of human labor and save time. With the continuous expansion of robots, in order to improve the application level of robots, a walking robot in the pipeline is developed.

In this paper, the robot adopts roller mobile type, which can be extended according to the inner diameter of pipeline，The assembly drawing is drawn with solid works. In addition, the research background, significance and purpose of the robot are described, and the overall scheme design, parts design and assembly drawing simulation are carried out.

Keywords: Pipeline Robot; Travelling Mechanism; Structural Design; Solid Works and The Simulation

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

第二章 总体方案设计 3

2.1 管道机器人的总体设计与比较 3

2.2 管道机器人的技术要求 3

2.3最终方案的确定 3

第三章 零件图设计及强度校核 5

3.1进给丝杠螺母的分析计算 5

3.2平键的确定 7

3.3 轴承的选择 8

3.4轴的校核 9

3.4.1 作出传动主轴的计算简图 9

3.4.2 轴的强度校核计算 10

3.4.3 按弯扭合成应力校核轴的强度 11

3.5 行走轮的设计 11

3.6润滑剂及密封方式 11

3.7联轴器 12

第四章 主要零件的设计 13

4.1主体 13

4.2机器人的腿部结构 13

4.3其他零部件 13

第五章 装配及运动仿真 14

5.1 Solid Works的介绍 14

5.2管道机器人三维建模分析与装配 14

5.3 管道机器人的本体结构 15

5.4 管道机器人运动仿真 16

第六章 总结与展望 18

致 谢 19

参考文献 20

第一章 绪论

1.1研究背景

机器人在全球已变得越来越流行与时尚，作为如此高科技的设计以及应用领域的拓展，好多高校都会举行机器人教学活动以及比赛，这样可以提高学生的创新与实践能力。即便这样，我国在某些技术方面还是比较落后的，比如工作时间短，测量精度不高，测量距离短。在国内外，出现许多关于机器人的公司，由于以前的管道机器人在极限的环境下作业，甚至有时候需要辛苦操作人员，为了满足管道机器人进行清洁，自动检测与维修，发达国家都相继展开了管道机器人的研究甚至进入使用化阶段。所以，总的来说，国外的一些关于管道机器人的研究的发展趋势相对来说比较成熟。

对于现在这个社会，若没有管道机器人这样一种新型设备，将会大大降低发展。管道系统在输送液体或者气体中，由于腐蚀，超负荷等一些原因，难免会出现老化，裂纹等现象。在许多繁华的城市，常常会出现排水管道损坏或者堵塞的现象, 所以，这时候就需要人为去解决，但是解决这类问题，有很多的弊端，所以，随着生活节奏变得越来越快，我们通过研制管道机器人，可以解决大量的问题，提高工作效率。

本次设计采用能伸缩的滚轮移动式机器人，移动速度快，转弯容易，结构简单。在三维图的360°方向上布置了三个辊轮，每个辊轮单独驱动。这样的布置一共有两组，总共6个辊轮，分别有弹性缓冲装置，从而保证顺利爬行。

在我国甚至全球，管道已广泛于不同的环境和工业中。管道的寿命不是很长，所以在一段时间的使用之后，管道都会出现大大小小的问题，如裂纹，漏孔，甚至堵塞等现象。所以必要时，管道需要进行定期的检查与维修。但是，想达到定期检查并不是我们想的那么容易，所以为了针提高效率，将研制出的管道机器人的技术应用到管道的维护中，排除小的细节和大的故障，细节决定成败。如今，管道机器人行走技术是当前中国的热点，综合了多门学科，对科技的发展和人类的进步都产生重大意义。

图1.1管道CCTV检测机器人 图1.2手摇式钢管切割机

现在国内外有许多各式各样的管道机器人的研究。比如图1.1所示，它是一款关于CCTV的管道检测机器人。采用的是专业的控制器作为主控，有线与无线都可以，进行电视成像精细检查，实时影像监测并存储视频或抓拍图像，可现场截图判读评估。他的缺点就是比较昂贵，有时不是很稳定。图1.2所示是手摇式钢管切割机，目前市场上的切割机有许多种，如磁力式自动管道切割机，定位块式管道切割机等等。手摇式切割机的优点是制造成本低、价格便宜，缺点是手摇速度不均匀，切割粗糙；很多位置不好手摇操作，如顶面、底面等；切割中途出现紧急情况，不能及时关闭火焰；有时候会造成定位不准，切割精度不够，常需要进行焊补。

由于管道使用的地方非常的多，所以带来一个很直观的问题，这些管道所使用的结构尺寸也会变得千变万化。那么，在我们设计的时候，我们不可能将每个规格的尺寸的都设计一遍，这样效率降低，成本提高，材料浪费，不利于推广到实际应用中去。这就需要我们设计一种可以让机器人适应一定范围内管径的管道。在已投入使用的管道机器人中，也会出现行走阻力增大，能量的消耗不断增加等一系列的问题。总之，设计的产品有必要适应管径变化且能在充满介质的环境中工作。

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