摘 要

本文主要介绍了履带式排水管道机器人在城市建设中的必要性和重要作用。由于我国对排水管道机器人的研究仍处于起步阶段，并且其还有很多关键问题尚待解决，课题源自于市政工程的需要，要研制一种能够在规定管径中完成检测任务的自动装置，该文的研究对于我国经济社会的发展具有重要意义。

论文首先阐述了排水管道检测任务的现状，分析了人工操作的局限性，提出了排水管道检测机器人的优点。探究了国内外对于排水管道机器人的研究状况，针对存在的问题制定了总体方案。对机器人的运动功能的几种方式进行了比较与分析，最终确定了现有的运动方式。对检测功能及控制功能进行了论述与分析，确定了各项功能的实现方法与具体措施。

对机器人的运动机构的各部分进行了具体的设计，并对主要零部件进行了校核。

关键词：管道检测；履带式机器人；结构设计；校核

Abstract

This paper mainly introduces the necessity and important role of crawler drainage robots in urban construction. As China's research on drainage pipeline robots is still in its infancy, and there are still many key issues to be solved, the topic arises from the needs of municipal engineering, and it is necessary to develop an automatic device that can perform inspection tasks in the specified pipe diameters. The research of this article is of great significance to the development of our country's economy and society.

The paper first elaborates the current status of the drainage pipeline inspection task, analyzes the limitations of the manual operation, and proposes the advantages of the drainage pipeline inspection robot. The status of research on drainage pipeline robots at home and abroad was explored, and an overall plan was formulated based on the existing problems. Several methods of the robot's movement function were compared and analyzed, and the existing movement method was finally determined. The examination function and control function were discussed and analyzed, and the realization methods and concrete measures of each function were determined.

The specific design of each part of the movement mechanism of the robot was carried out, and the main parts were checked.

Key Words：Pipeline inspection; Tracked robots; Structural design; Checking

目 录

第1章 绪论 1

1.1 目的与意义 1

1.2 国内外现状和发展趋势 2

1.3 毕业设计主要内容 3

1.4 结论 3

第2章 管道机器人的总体方案设计 4

2.1 管道机器人系统指标 4

2.2 管道机器人功能分析 4

2.2.1 运动功能 4

2.2.2 检测功能 6

2.2.3 控制功能 7

2.3 管道机器人功能实现方法 8

2.3.1 运动功能的实现 8

2.3.2 检测功能实现 11

2.3.3 控制功能实现 14

2.3.4 总体方案 14

第3章 主要零部件设计及计算 16

3.1 传动装置 16

3.1.1 履带轮的设计 16

3.1.2 驱动方式 16

3.1.3 传动齿轮设计 18

3.1.4 驱动轴的设计 21

3.1.5 主动轴的设计 27

3.1.6 从动轴的设计 32

3.2 支承系统 32

3.2.1 轴承座的设计 32

3.2.2 电机固定架的设计 33

3.3 其他结构 33

3.3.1 密封结构的设计 33

3.3.2 定位结构的设计 34

第4章 总结 35

参考文献 36

致谢 37

第1章 绪论

1.1目的与意义

排水管道是一个庞大的系统，由排放各种污水及雨水的管道和其他附属装置所组成，其管道主要包括支管和主干管路。排水管道的任务是将整个城市的污水和雨水通畅地排泄出去，保证城市的工业和生活用水的供给，防止城市周边水资源及环境的污染。因此，城市排水系统对城市的发展和运作起着至关重要的作用，据2010年的统计数据，我国排水管道总长度达到了369553km^[1]。随着当今世界科技与经济的高速发展，各国的城市化进程也随之加快，以及人们的资源环境保护意识不断增强，市政排水工工程也得到了迅猛的发展，对相关工作提出了更高的要求。排水管道是城市的重要市政设施，如何高效的对排水管道进行定期检测是一个十分重要的研究课题。

我国大多数城市用的是混凝土材质的下水道管，但是由于污水中含有大量的杂质，且传统的混凝土管、钢筋混凝土管和铸铁管等存在比较严重的渗漏问题和其它市政工程施工对管道基础的影响，造成混凝土管及其接头破损严重，导致污水渗入地下，严重影响城市的地下水质，这些问题已经在城市旧城区管网上暴露出来。北京建筑工程学院对北京城区部分排水管道的调研发现,所研究的排水管道中60%存在沉积物,15%管道沉积物量较大(沉积物体积占排水管道体积的15%以上) ^[2]为了及时预防管道出现渗漏等现象，要定期对排水管道进行相关内容的检测并排除故障，以保证排水管道系统的正常工作。首先，由于排水管道深埋地下，污水发生泄漏后，其中的有机物极不稳定，容易腐化而产生有害气体，严重损害工人的身体健康，严重者还会威胁工人的生命安全，工作环境极其恶劣。据统计，近几年国内每年城市排水管道检修、疏通事故千余起，造成了很多人员伤亡，同时经济损失间接达百亿余之多^[3]。其次，随着城市建成区面积的扩大，排水管网长度变长，空间分布错综复杂，人工开掘作业强度高、难度大、效率低，而且会严重妨碍道路交通。我们迫切的需要研究一种自动化、智能化的装置，以便深入到排水管道内部完成复杂的检测任务。

机器人技术综合了计算机技术、控制技术、机械技术等手段，使智能机器人的研发受到媒体的极度关注^[4]。机器人是一种可以根据操作人员事先编排好的程序来完成相应工作任务的自动化装置。它的主要任务是帮助人类完成工作任务，在化工、机械等重工业或较为危险的工作中应用广泛。随着机器人技术的不断进步与成熟，机器人的应用面也越来越广，由最初大量的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。管道检测机器人体积小，可以直接在管道中移动，避免了人工开掘作业的条件限制。检测精度高，通过操作杆将自带光源的摄像探头放入管道或工业容器内部，能够清晰的显示管道及容器内部结构性缺陷及功能性缺陷，及时处理问题。安全性好，根据需要能适应恶劣的工作环境，避免了工人的生命安全受到威胁。效率高，便于控制移动路线、速度等参数，可在复杂的管网中有效工作。管道机器人因为其高效、智能等特点受到了很多研究者的关注，随着交通、能源、石油、化工以及城市建设的高速不断发展，对管道检测技术的发展起到了促进作用，也对管道机器人提出了更高的要求。

1.2国内外现状和发展趋势

管道机器人由动力模块、传感模块、运动机构、控制模块及其他装置组成。其中，行进方式是管道机器人设计的主要问题，决定了管道机器人的尺寸及整体性能，也是目前国内外研究最多的课题。