一、管内机器人移动载体机电动力学驱动特性的研究（论文文献综述）
苗艳杰[1]（2020）在《三态仿生机器原型设计及其机电动力学研究》文中认为仿生机器在国内外的科学技术研究繁多,但多数功能、工作环境单一,针对这一现象研究设计了一款可行走于硬实地面、柔软地带和水面行动的仿生智能机器,该仿生智能机器结构简单且应用更为范围。论文首先介绍了根据自然界六足生物的生物特性,研究设计出三态六足仿生机器系统的设计方案,主要包括三态足创新设计模块、六足契贝谢夫运动机构模块、链条传动模块及转向机构模块的机构组成和工作原理,并建立仿生机器各部分的三维模型。其次基于所设计的双三足耦合成六足行走模式结构,为其规划了一种纵向“三角步态”行走方式,并采用数学建模的方法对其进行步态分析。本文根据仿生机器行走路况的不同,通过采用静态稳定性、动态稳定性及能量稳定性三种判别方法对“三角步态”进行稳定性分析计算。最后对三态足系统进行机电耦合动力学建模,由于三态足系统属于机电一体化系统,先对三态足机构进行动力学分析,然后应用机电系统分析动力学,通过耦合驱动系统并基于能量法来建立系统的机电耦合动力学模型,还基于MATLAB/Simulink仿真软件搭建了三态足机电系统仿真平台,进行仿真分析计算。
都闯[2]（2019）在《管道清淤机器人行走装置结构与工作性能研究》文中研究指明随着现代工业的快速发展以及人们日常生活的需要,在城市和工厂的各个角落都安装使用着大量的管道。其中,排水管道的应用更是给人们的生活带来极大的便利。然而随着地下排水管道系统的发展,排水管道的一些问题也逐渐凸现出来。尤其是管道内部淤积甚至堵塞这一问题,严重影响着居民正常生产生活。因此针对解决排水管道清淤问题,提出一种管内行进速度快、提供牵引力大、管道自适性强、运行稳定可靠的管道清淤机器人,具有重要的理论意义和实用价值。本课题依据设计工况条件,设计出了一种适用于500mm管径的管道清淤机器人轮-爪式行走装置。本文主要对管道清淤机器人轮-爪式行走装置的整体方案设计、轮式行走机构、卡爪式推进装置步进单元机构、卡爪式推进装置卡爪夹紧机构进行研究,通过对各组成部分的深入研究,为动力匹配、弹簧系统设计等提供依据,为获得更好的工作特性打好基础。首先,通过查阅管道清淤相关规范,确定管道清淤机器人行走装置的工况,明确排水管道清淤机器人行走装置的设计要求,得到行走装置性能指标参数。通过对国内外现有研究的对比,设计一种管道清淤机器人轮-爪式行走装置。轮-爪式行走装置是由轮式行走机构和卡爪式推进行走装置复合而成的行走装置。轮式行走机构带动机器人在阻力不是很大的情况下行走,具有速度快的优点;卡爪式推进行走装置是在阻力较大的情况下工作,具有大推力的优点,两者结合应用,能适应不同的工作环境,提高工作效率。然后,对轮式行走机构的变径弹簧系统弹簧预紧力和前进动力进行研究。根据工况条件,采用理论建模方法,对选定轮式行走机构进行受力分析,得到轮式行走机构的前进动力和驱动电机转矩之间的关系、前进动力和变径弹簧系统的弹簧预紧力之间关系,选择了驱动电机和预紧弹簧。基于ADAMS动力学仿真软件,对轮式行走机构的工作性能进行仿真分析,验证了轮式行走机构满足预期工作要求,确定了驱动电机和预紧弹簧选择可行。接着,对轮-爪式行走装置中推进行走装置的步进单元机构进行了静力学和动力学研究。采用理论建模的方法,对选定的步进单元机构进行受力分析,得到步进单元中滚珠丝杠副的转矩和转速,进而选择了滚珠丝杠和驱动电机。基于ANSYS Workbench的静力学仿真软件,对滚珠丝杠副进行仿真分析,得到滚珠丝杠副的强度、刚度等力学特性,验证了滚珠丝杠副的选择满足工作要求。基于ADAMS动力学仿真分析软件,对步进单元滚珠丝杠副进行动力学分析,得到步进单元的运行速度和加速度,分析了其工作特性,进而验证了滚珠丝杠的选择满足预期设计要求;对丝杠螺母接触限位板的碰撞力进行仿真分析,结果发现碰撞力过大,因此对限位板进行了优化改进,优化改进后效果明显。最后,对推进行走装置的卡爪夹紧机构进行静力学和动力学研究。采用数学建模的方法,建立卡爪夹紧机构的运动学模型和静力学模型,得到卡爪夹紧机构的工作空间范围、运动特性、夹紧力大小,确定了电动推杆行程、伸缩速度以及推力大小,进而选择了电动推杆。基于ADAMS的运动学仿真分析,得到了卡爪夹紧机构张开和收缩时的运动特性和工作空间范围,验证了卡爪夹紧机构的工作空间范围和运动特性满足预期的设计要求,电动推杆行程、伸缩速度选择合理。基于ADAMS动力学仿真分析,得到卡爪夹紧机构的夹紧力大小,验证了卡爪夹紧机构提供的夹紧力满足预期的设计要求,说明电动推杆推力大小选择合理。为避免因为构件碰撞造成的机构故障,得到卡爪夹紧机构的接触头在触碰管壁的瞬态下的碰撞力,结果发现碰撞力过大,故而对卡爪接触头进行了优化改进。基于ANSYS workbench静力学仿真分析,得到卡爪夹紧机构的应力、应变、总变形参数,验证了卡爪夹紧机构各构件的设计满足预期强度、刚度设计要求。
王辰忠[3]（2016）在《差动式自适应管道机器人的设计与研究》文中认为当前管道运输作为一种高效、安全、环保的物资输送方式被人们所广泛应用。管道在使用过程中不可避免的出现老化、腐蚀、开裂等问题,为了满足对管道进行维护和检测的需求,管道机器人随之产生,它广泛的应用于管道内部清理、异物探测、缺陷探伤等诸多方面。随着管道的应用领域的不断拓展,对管道机器人管内作业的要求也逐渐提高。因此设计环境适应性强、驱动效率高、运行灵活的管道机器人成为机器人研究的一个重点。为了实现机器人在管道内部的高效作业,设计了一种采用单电机进行驱动并具有自主差动特性和自适应变径特性的管道机器人系统。管道机器人采用差动式速度输出结构,使机器人在弯管中行进时,可以经由差动机构自主调节各个驱动轮的转速,进而消除驱动轮与管壁之间由于位移差所产生的相对滑动;机器人将外部支撑轮与弹簧机构相配合,组合成可变径的机械结构,当机器人在管道内部运行中遭遇障碍物或有一定尺寸的管径变化时,机器人能够利用变径机构来适应外部环境的改变。机器人拥有的六个轮子,采用前三轮辅助支撑、后三轮驱动的配置方式同时作用于管壁,进而保证机器人在不同结构类型的管道环境中作业的稳定性。本文通过对机器人结构的分析,理论推导管道机器人变径机构工作状态受力方程,得出机器人运行时驱动轮与管道内壁之间的力学关系。构建机器人在管内的运动位姿模型,研究机器人在不同位姿条件下通过弯管时的整体运动特性和内部传动特性,得出模型运动过程中驱动轮角速度与其他变量之间的对应关系。分析各个差动轮系输出轴之间的力矩关系与转速关系,进而说明差动式自适应管道机器人通过弯管时能够实现相应的自主差速,并且没有寄生功率产生。运用三维设计软件完成差动式自适应管道机器人的三维实体设计,进行结构的合理性分析,使用机械动力学分析软件建立机器人在弯管和变径管中运行的虚拟样机模型,通过仿真分析对机器人的自主差动特性和自适应变径特性进行验证。说明理论推导及结构设计的正确性。
欧屹[4]（2013）在《特种地面移动机器人机械系统设计与分析》文中研究指明随着现代战争形式的发展,地面移动机器人越来越多的进入各国军队编制。随着移动机器人技术的发展和完善,移动机器人已经从试验室、工厂等结构性环境走向战场、矿区、废墟等复杂地面环境,对移动机器人任务需求也从以往的侦查、排障等发展为防爆、观瞄、火力打击等更为复杂的任务。这要求研制更为广泛多样的任务负载,提高移动机器人的地面通过能力、负载能力、抗冲击能力、越障稳定性以及系统可靠性,这些方向也是国内外近年研究的热点。本文结合具体项目“某地面武装移动机器人研发”,针对上述使用需求,研发了某型小型地面移动机器人样机,针对该样机在移动机器人设计关键技术、移动底盘履带-地面动力学机理、上层搭载平台分析,多种特殊工作状况下机器人动力学建模等方面展开了研究,并进行了试验研究。论文首先针对移动机器人的任务需求,采用模块化思想研制了地面移动机器人。介绍了系统构成,分别设计了移动底盘以及两自由度平台、武器定装机械手、重抓取能力机械臂三种上层搭载。移动机器人要求能兼顾在城市道路高速移动及通过废墟或楼梯等非结构路面,对传动系统提出了兼顾高速和大输出力矩两方面要求。结合地面移动机器人的工作状态,分析不同工况下机器人对动力性能的需求,进行了动力匹配计算,在此基础上设计完成了适合地面移动机器人的可变档传动机构研究。解决了高速和大输出力矩的矛盾。移动机器人底盘是其运动的基础,履带与地面的相互作用又是底盘驱动的根本,研究履带地面相互作用,建立底盘动力学模型是后续研究的前提。本文基于地面力学理论建立了底盘地面动力学模型,该模型分为土壤特征模型、履-土接触模型、底盘驱动动力学模型三部分,其中履-土接触模型最为复杂。普通的转向阻力均匀分布计算模型基于库伦摩擦理论,本文将这种计算方法优化为转向阻力线性分布计算模型并进一步引入应力-应变理论发展为转型阻力非线性连续分布计算方法。提出了基于应力-应变理论的履-土横向应力非线性分布的阻力矩计算方法,满足了建立地面武装移动机器人动力学模型的要求。更真实的反映出履带式小型地面移动机器人的转向阻力。为移动机器人行走系统设计、分析优化奠定了基础。上层搭载是移动机器人完成任务的执行元件,对它的动力学研究是移动机器人动力学研究不可缺少的部分。实际应用过程中,底盘与上层搭载是不可分割的,二者不仅在结构上有相互关系,还在动力学上相互耦合。搭载上层负载对机器人整体的重心、通过性能带来很大变化；上层搭载的运动状态包括加速度等会对底盘与地面相互关系产生影响。针对两自由度平台、武器定装机械手、重抓取能力机械臂三种上层搭载使用牛顿-欧拉方法建立了运动学、动力学模型。接下来以配装两自由度平台的移动机器人与地面相互作用、机械臂-底盘系统与地面相互作用、爬越楼梯、冲击扰动四个典型工作状态为例,在上文建立的动力学基础上,对机器人整体动力学问题进行研究。提出了考虑机械臂动态作用的特种移动机器人系统动力学模型,为进一步优化机器人结构、完善控制算法提供了理论依据。爬越楼梯是移动机器人越障的极端工作状态,分析建立了越障过程的详细运动学、动力学建模,分析了重心对越障过程的影响。强烈外部扰动是移动机器人恶劣的工作状况之一,对机器人动态性能的影响非常大,研究起始扰动并指导控制程序,达到了所要求的密集度目的。最后在所研制的地面移动机器人样机上进行了空载、路面行驶、越障、发射试验,验证了论文所设计机器人的实用性,以及部分理论研究的正确性。
李庆凯,唐德威,姜生元,邓宗全[5]（2012）在《三轴差动式管道机器人的驱动特性及仿真研究》文中进行了进一步梳理为解决轮式管道机器人弯管运行的干涉问题,研制一种具有差动运行功能的轮式管道机器人——三轴差动式管道机器人.首先介绍了机器人的结构组成和基本原理,对机器人的牵引力、越障能力等驱动特性进行分析,建立相应的理论分析模型.同时,建立机器人的虚拟样机仿真模型,对其牵引力、越障能力进行仿真研究,仿真结果与理论分析基本一致.机器人在弯管运行的仿真结果表明:机器人能够顺利通过弯管,三轴差动机构具有较好的差动效果.
唐德威,李庆凯,姜生元,邓宗全[6]（2011）在《基于键合图理论的三轴差速机构的差动特性》文中研究说明为解决轮式管道机器人通过弯管时产生的运动干涉及传动部件的磨损等问题,将三轴差速机构应用于轮式管道机器人中,三轴差速机构可根据管道对各驱动轮所产生的力矩之间的关系调节其输出转速,实现机器人在弯管中的自主差动运行。将键合图理论应用到三轴差速机构差动特性的分析中,利用绝对速度法建立三轴差速机构的增广键合图模型,并根据一定的规则推导相应的状态方程。针对三轴差速机构三个输出轴的输出不等效现象,由状态方程得出三个输出轴传动路线等效的条件,并进行相应的等效处理。根据建立的状态方程,对三轴差速机构进行不同工况下的仿真计算,计算结果表明三轴差速机构可以根据外作用力的大小关系进行差动输出。
唐德威,李庆凯,姜生元,邓宗全,刘航[7]（2011）在《具有差动运动功能的管道机器人设计与分析》文中研究说明研制一种具有差动运动功能的环境自适应轮式管道机器人——三轴差动式管道机器人,该机器人在通过弯管时可根据管道环境利用三轴差动机构自动调节各驱动轮的转速,从而提高机器人通过弯管时的运动柔顺性。为分析三轴差动式管道机器人的运行状况,通过建立机器人在弯管内运行的精确位姿模型,求得机器人驱动轮轮心以及驱动轮与管壁接触点的位置;以位姿模型为基础对机器人各驱动轮的速度进行分析,得到机器人过弯管时各驱动轮的理论速比关系。对机器人驱动轮与管壁的正压力进行分析,并建立机器人的牵引力模型。搭建管道试验环境进行机器人的差速试验和牵引力试验,测试值与理论分析基本一致,说明三轴差动式管道机器人具有良好的弯管通过性能,适合于在工程管道中应用。
李恒武[8]（2011）在《一种自适应型空调管道清洗机器人的结构研制与运动分析》文中指出随着社会的进步,中央空调在公共场所越加普及,为人们制造舒适的环境温度而受到人们推崇,成为人们工作和生活不可缺少设施。然而中央空调通风管道的积尘不能得到及时清洗而引起的空气污染对人体健康有着极大危害；另外严重不洁的空调风管亦会引起制冷效果的下降,从而造成大量的能源浪费。因此,从人们身心健康和节约能源的角度出发,中央空调的清洗早已成为一个刻不容缓问题,越来越受到政府和社会的重视,而中央空调清洁机器人作为中央空调通风管道清洁的主要设备,具有很高的实用价值与商业价值。本文首先介绍了课题研究的目的意义,指出中央空调管道定期清扫的必要性,并分析了国内外中央空调风管清扫机器人的发展状况及其不足之处。针对这种情况,本文中研制出一种自适应型空调管道清扫机器人,能够满足各种形状管道的清扫工作要求。该管道清洁机器人采用双履带式的移动机构,驱动电机置于履带足内部,每个履带足形成一个整体与机器人本体相连,在工作中可以通过履带足变位装置来调整张开的角度；同时清扫机构中设计了一个能够更换刷头的装置,工作前根据管道的情况来选用相应的刷头,这两个装置配合使用,从而使该机器人能够适应各种不同形状的管道。文中确定了机器人的主体结构尺寸,各驱动电机、履带足以及其他各部件的结构参数,并给出机器人整体和各关键机构的结构图及其之间的关系,分析了它们的工作原理。为了保证机器人在管道内的正常工作,本文随后对其各种运动状态和受力情况进行了详细的分析,主要包括对机器人通过垂直平台、爬坡和跨越沟道的研究,进而确定出合理优化的结构参数和对机器人动力系统的具体要求；机器人在风管内几种不同形式弯头转弯时的通过性分析,并对其最小转弯半径进行了研究；机器人在直管和弯管状态下所受电缆拖线阻力的分析。最后,本文对主要工作和研究内容进行了总结,并对今后的研究方向做出了展望。
徐从启[9]（2010）在《自主锁止蠕动式微小管道机器人关键技术研究》文中研究说明内径为15～20 mm的薄壁倒“U”型传热管道广泛应用于核反应堆蒸发器中,长期运行后,容易发生因腐蚀、疲劳破坏或破损而引起泄漏事故等。因此,其监测、诊断、清理和维护就成为保障核反应堆系统安全、畅通和高效运营的关键。然而由于该类管道结构复杂,内部空间狭小,所处环境对人体有害,检修和维护十分困难。因此,开展适应在该类特殊管道环境下工作的新型微小管道机器人设计和研究,实现对核反应堆蒸发器传热管道的无损检测,具有非常重要的意义。基于对核反应堆蒸发器传热管道无损检测的迫切需求,本论文依托“十一五”部委预研项目和国家863计划资助项目,开展新型微小管道机器人设计和研究,力争突破“微小型化、大牵引力、快速、长距离运动”的管道机器人关键共性技术。本文系统深入地开展了新型机器人本体结构设计、设计理论建模、运动稳定性分析和多目标优化等关键问题研究。论文的研究工作主要包括以下几个部分:1.设计了一种新型具有自主锁止功能的蠕动式微小管道机器人。针对微小管道机器人结构设计中的微小型化、管径适应性及弯管通过性等问题,在比较分析已有驱动方案及移动方式优缺点的基础上,提出了自主锁止蠕动式方案,开展了机器人本体结构设计及优化研究,提出了自调节支撑机构、柔性保持机构和软轴驱动机构的创新设计。虚拟样机仿真表明,所设计的微小管道机器人实现了与管壁间的自主锁止,改善了机器人的管径适应性,有效解决了刚性支撑问题和弯管通过性问题。2.系统研究了自主锁止蠕动式微小管道机器人的力学特性问题。针对机器人的管径适应能力,基于力学平衡和虚位移原理,分析了自调节支撑机构的力学性能;分析了机器人的驱动特性,建立了封闭力、牵引力及爬坡能力的数学模型;利用积分原理和运动合成法,建立了机器人管内运动阻力的数学模型;讨论了管内“自转”问题,分析了机器人产生“自转”的机理,提出了支撑轮和保持轮的球形设计方案,有效抑制了“自转”的发生;建立了机器人传动系统的机电动力学方程。上述建立的数学模型及取得的结论,为微小管道机器人的结构设计及优化提供了理论依据。3.深入研究了摩擦接触约束下的微小管道机器人运动稳定性问题。针对机器人的管内受限运动,综合考虑滑动摩擦和滚动摩擦接触,建立了基于完整系统第一类拉格朗日方程的受限刚体动力学模型;利用线性互补理论,讨论了动力学方程解的存在性和唯一性问题;结合Kelvin接触模型,利用奇异摄动理论和Layapunov稳定性理论,给出了受限刚体稳定性的附加条件;对所设计的机器人在直管运动的稳定性情况进行了仿真,依据仿真结果提出了柔性保持机构设计方案,有效解决了微小管道机器人管内运动失稳问题。4.研究了基于遗传算法的微小管道机器人多目标优化问题。根据机器人的运动特点,建立了速度计算模型;利用能量平衡关系,采用最小二乘法和极值原理,建立了机器人传动系统的功耗模型;在此基础上,建立了以机器人结构尺寸为约束变量,以牵引力、运动速度及系统功耗为目标函数的多目标优化模型;利用遗传算法对微小管道机器人多目标优化模型进行寻优求解。优化结果表明,机器人的牵引力理论值为11.47 N,运动速度可达12.7 mm/s,较好地实现了预期目标。5.成功研制了两代试验样机,开发了运动控制箱,搭建了模拟管道试验系统,开展了相关试验研究。试验结果表明,经优化改进后的第二代机器人样机可平稳运行于内径为15～20 mm的管道,可通过曲率半径不小于80 mm的弯管,移动速度为8.7～12 mm/s,具有0～90o爬坡能力,可双向运动,最大牵引力约为9.95 N,载重自重比可达6.77:1,较好地实现了管道机器人“微小型化、大牵引力、快速、长距离运动”的设计目标。
唐德威,李庆凯,姜生元,邓宗全[10]（2010）在《三轴差速式管道机器人过弯管时的差速特性及拖动力分析》文中研究表明为解决轮式管道机器人通过弯管时的运动干涉和拖动力下降问题,减小由管道环境约束而引起的传动件磨损,对一种具有机械自适应能力的轮式管道机器人驱动——三轴差速驱动——进行了深入分析和研究.通过对三轴差速机构的受力分析,阐述三轴差速机构实现差速的受力原理;对三轴差速式管道机器人的差速特性及拖动力进行研究,验证采用三轴差速机构的管道机器人具有良好的弯管通过性.
二、管内机器人移动载体机电动力学驱动特性的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、管内机器人移动载体机电动力学驱动特性的研究（论文提纲范文）
（1）三态仿生机器原型设计及其机电动力学研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 仿生机器的国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 课题来源及主要研究内容 |
| 第二章 三态仿生机器整体系统设计 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 三态仿生机器总体设计方案 |
| 2.2.1 总体设计方案 |
| 2.3 机构的模块设计 |
| 2.3.1 三态足创新模块 |
| 2.3.2 六足契贝谢夫运动机构模块 |
| 2.3.3 链条传动模块 |
| 2.3.4 转向机构模块 |
| 2.4 驱动方式选择 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 三足结构的稳定性分析 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 三足行走方式步态规划 |
| 3.2.1 直线行走步态分析 |
| 3.2.2 定点转弯步态分析 |
| 3.3 三足行走步态的稳定性分析 |
| 3.3.1 静态稳定性分析 |
| 3.3.2 动态稳定性分析 |
| 3.3.3 能量稳定性分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 三态足的机电动力学分析 |
| 4.1 三态足机构的运动学分析 |
| 4.2 三态足机构的动力学建模 |
| 4.3 机电耦合动力学分析 |
| 4.3.1 机电耦合动力学建模 |
| 4.3.2 系统动力学模型解耦 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于MATLAB的机电耦合仿真 |
| 5.1 MATLAB/Simulink仿真软件介绍 |
| 5.2 三态足驱动系统仿真平台 |
| 5.2.1 基于PI控制的PMSM仿真平台 |
| 5.2.2 驱动系统的仿真分析 |
| 5.3 传动系统平台仿真分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他成果 |
| 附录 |
| 附录A:机电耦合动力学基础 |
（2）管道清淤机器人行走装置结构与工作性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.1.1 课题研究的背景 |
| 1.1.2 课题研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外管道机器人研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 管道机器人的起源 |
| 1.2.2 国外管道机器人发展概况 |
| 1.2.3 国内管道机器人发展概况 |
| 1.3 管道机器人分类 |
| 1.4 论文主要研究内容及研究流程 |
| 1.4.1 论文主要研究内容 |
| 1.4.2 论文研究流程 |
| 第二章 清淤机器人行走装置方案设计 |
| 2.1 行走装置设计工况分析 |
| 2.2 清淤机器人行走装置总体方案设计 |
| 2.2.1 轮-爪式行走装置的结构组成与工作原理 |
| 2.2.2 轮-爪式行走装置的工作原理 |
| 2.3 轮式行走机构方案设计 |
| 2.3.1 轮式行走机构结构组成及工作原理 |
| 2.3.2 自适应弹簧预紧变径机构结构组成及工作原理 |
| 2.4 步进单元方案设计 |
| 2.4.1 方案一、利用曲柄滑块机构原理的步进单元 |
| 2.4.2 方案二、滚珠丝杠和导轨组合机构的步进单元 |
| 2.4.3 利用反曲柄滑块机构原理的步进单元 |
| 2.4.4 方案优缺点分析及选择 |
| 2.5 卡爪夹紧机构方案设计 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 轮式行走机构研究 |
| 3.1 轮式行走机构受力分析 |
| 3.1.1 轮式行走机构工况分析 |
| 3.1.2 轮式行走机构前进力分析 |
| 3.1.3 弹簧变径机构预紧弹簧选择 |
| 3.1.4 驱动电机选择 |
| 3.2 基于ADAMS轮式行走机构工作特性仿真分析 |
| 3.2.1 基于ADAMS的轮式行走机构仿真设置 |
| 3.2.2 仿真结果及分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 推进行走装置中步进单元机构研究 |
| 4.1 步进单元滚珠丝杠副静态受力分析 |
| 4.1.1 步进单元工况 |
| 4.1.2 滚珠丝杠副受力分析 |
| 4.2 基于有限元方法的步进单元滚珠丝杠副的静力学分析 |
| 4.3 基于ADAMS的步进单元机构滚珠丝杠副的动力学仿真分析 |
| 4.4 基于ADAMS的丝杠螺母限位板碰撞力分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 卡爪夹紧机构研究 |
| 5.1 卡爪夹紧机构工况分析 |
| 5.2 卡爪夹紧机构运动学模型的建立 |
| 5.3 卡爪夹紧机构静力学分析建模 |
| 5.4 基于ADAMS的卡爪夹紧机构运动学仿真分析 |
| 5.5 基于ADAMS的卡爪夹紧机构夹紧力仿真分析 |
| 5.6 卡爪接触头触碰管壁的碰撞动力学仿真分析 |
| 5.7 基于有限元方法的卡爪夹紧机构力学状态分析 |
| 5.8 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 工作内容总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 作者在攻读硕士学位期间获得的学术成果 |
| 致谢 |
（3）差动式自适应管道机器人的设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 本课题研究目的和意义 |
| 1.2 国内外管道作业机器人技术综述 |
| 1.2.1 介质压差式管道机器人 |
| 1.2.2 轮式管道机器人 |
| 1.2.3 螺旋驱动式管道机器人 |
| 1.2.4 履带式管道机器人 |
| 1.2.5 其他结构形式的管道机器人 |
| 1.3 研究目标、研究内容和拟解决的关键问题 |
| 1.3.1 研究目标 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 1.3.3 拟解决的关键问题 |
| 第2章 差动式自适应管道机器人的总体结构设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 管道机器人的设计构思 |
| 2.2.1 管道机器人的设计要求 |
| 2.2.2 管道机器人的模块化设计理念与结构特点 |
| 2.3 管道机器人实体结构设计 |
| 2.3.1 管道机器人的内部差动机构实体设计 |
| 2.3.2 管道机器人的驱动轮变径机构实体设计 |
| 2.3.3 管道机器人的辅助支撑轮变径机构 |
| 2.3.4 管道机器人的壳体结构 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 差动式自适应管道机器人内部传动及管内运动分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 管道机器人内部传动分析 |
| 3.2.1 机器人内部差动机构的传动原理分析 |
| 3.2.2 机器人内部差动机构的齿轮间作用力分析 |
| 3.3 管道机器人管内运动分析 |
| 3.3.1 机器人整体结构尺寸与管道几何参数间的关系 |
| 3.3.2 机器人的对比状态模型管内运动分析 |
| 3.3.3 机器人在管内的姿态分析 |
| 3.3.4 机器人在弯管内的运动模型分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 差动式自适应管道机器人驱动特性分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 管道机器人电机的选取 |
| 4.2.1 电机选型前的计算 |
| 4.2.2 电机型号的选择 |
| 4.3 管道机器人驱动轮自适应变径机构的分析 |
| 4.3.1 单个驱动轮自适应变径机构的力学研究 |
| 4.3.2 驱动轮自适应变径机构的总体力学分析 |
| 4.4 管道机器人驱动轮越障能力分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 差动式自适应管道机器人的仿真分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 管道机器人的虚拟样机模型构建 |
| 5.2.1 管道机器人三维静态模型的建立 |
| 5.2.2 管道机器人三维静态模型在ADAMS中的处理 |
| 5.3 管道机器人驱动轮变径机构的自适应性仿真 |
| 5.4 管道机器人的越障能力仿真 |
| 5.5 管道机器人的弯管通过性仿真 |
| 5.5.1 第一种位姿角状况：ψ=60° |
| 5.5.2 第二种位姿角度状况：ψ=30° |
| 5.5.3 第三种位姿角度状况：ψ=90° |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（4）特种地面移动机器人机械系统设计与分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 特种地面移动机器人研究现状 |
| 1.2.2 地面移动机器人关键技术 |
| 1.2.3 地面移动机器人动力学研究 |
| 1.3 研究内容 |
| 1.3.1 课题来源 |
| 1.3.2 研究必要性 |
| 1.4 论文组织结构 |
| 2 特种地面移动机器人机械系统设计 |
| 2.1 总体功能与指标 |
| 2.1.1 特种地面移动机器人需求及功能 |
| 2.1.2 特种地面移动机器人关键指标 |
| 2.1.3 本课题订立的指标要求 |
| 2.2 系统方案设计 |
| 2.3 移动底盘系统设计 |
| 2.3.1 底盘结构设计 |
| 2.3.2 动力分系统 |
| 2.3.3 传动机构 |
| 2.3.4 其它机械部件 |
| 2.4 上层搭载系统设计 |
| 2.4.1 两自由度武器平台 |
| 2.4.2 武器定装机械手 |
| 2.4.3 重抓取能力机械手 |
| 2.5 样机加工与装配 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 移动底盘地面动力学建模与分析 |
| 3.1 底盘-地面模型建立思路 |
| 3.2 土壤特征模型 |
| 3.2.1 土壤特征 |
| 3.2.2 土壤力学分析 |
| 3.3 移动底盘运动学分析 |
| 3.4 底盘履-土接触动力学模型 |
| 3.4.1 一般转向阻力矩模型 |
| 3.4.2 高速转向时内外履带对地面正压力 |
| 3.4.3 横向阻力、正压力线性分布阻力矩模型 |
| 3.4.4 基于应力-应变理论的履带纵向牵引力 |
| 3.4.5 基于应力-应变理论的履带横向阻力 |
| 3.4.6 基于应力-应变理论的转向阻力矩模型 |
| 3.4.7 机器人底盘动力学方程 |
| 3.5 底盘驱动动力学模型 |
| 3.6 仿真分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 上层搭载平台及机械手运动与动力分析 |
| 4.1 两自由度回转平台及武器定装机械手运动及动力分析 |
| 4.1.1 两自由度回转平台速度及加速度分析 |
| 4.1.2 关节的约束力和约束力矩 |
| 4.1.3 武器定装机械手动力学建模 |
| 4.2 重抓取能力机械手分析 |
| 4.2.1 重抓取能力机械手连杆参数与关节变量 |
| 4.2.2 重抓取能力机械手运动学正解 |
| 4.2.3 考虑车体的移动机器人整体运动学正解 |
| 4.2.4 重抓取能力机械手运动学逆解 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 多种工作模式下机器人系统动态特性研究 |
| 5.1 配装两自由度平台的移动机器人与地面相互作用研究 |
| 5.1.1 特种地面移动机器人运动学模型 |
| 5.1.2 搭载平台两自由度平台运动学建模 |
| 5.1.3 配装两自由度平台机器人动力学建模 |
| 5.1.4 仿真研究 |
| 5.2 机械臂-底盘系统与地面相互作用分析 |
| 5.2.1 正向运动学分析 |
| 5.2.2 逆向运动学分析 |
| 5.2.3 动力学分析 |
| 5.2.4 仿真分析 |
| 5.3 爬越楼梯动态特性研究 |
| 5.3.1 爬越楼梯的基本条件 |
| 5.3.2 爬越楼梯过程几何分析 |
| 5.3.3 爬楼梯稳定性与重心关系分析 |
| 5.3.4 爬越楼梯过程受力分析 |
| 5.3.5 爬越楼梯过程仿真分析与对比试验 |
| 5.4 冲击扰动工况下动力学仿真分析 |
| 5.4.1 系统各刚体的连接模拟 |
| 5.4.2 载荷的施加 |
| 5.4.3 定相管振动分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 特种地面移动机器人试验与分析 |
| 6.1 空载试验 |
| 6.2 水平地面行驶试验 |
| 6.2.1 水泥路面试验 |
| 6.2.2 粘土路面试验 |
| 6.3 越障试验 |
| 6.4 冲击扰动试验 |
| 6.4.1 某抛射物试验 |
| 6.4.2 轻武器试验 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论 |
| 7.1 完成工作及创新点 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（5）三轴差动式管道机器人的驱动特性及仿真研究（论文提纲范文）
| 1 机器人结构组成及基本原理 |
| 1.1 机器人的结构组成 |
| 1.2 三轴差动机构的基本原理 |
| 1.3 预紧机构的力学原理 |
| 2 机器人的驱动特性分析 |
| 2.1 牵引力分析 |
| 2.2 越障能力分析 |
| 3 驱动特性仿真研究 |
| 3.1 牵引力仿真 |
| 3.2 越障仿真 |
| 3.3 弯管运行仿真 |
| 4 结束语 |
（6）基于键合图理论的三轴差速机构的差动特性（论文提纲范文）
| 0前言 |
| 1 键合图理论简介 |
| 2 三轴差速机构的键合图模型 |
| 2.1 三轴差速机构原理简介 |
| 2.2 主差速器的键合图模型的建立 |
| 2.3 三轴差速机构键合图模型的建立 |
| 3 状态方程的建立 |
| 3.1 主差速器模块状态方程的建立 |
| 3.2 分动器模块状态方程的建立 |
| 3.3 主输入模块状态方程的建立 |
| 4 仿真计算 |
| 4.1 三轴差速机构传动路线的等效处理 |
| 4.2 不同工况下的仿真求解 |
| 5 结论 |
（7）具有差动运动功能的管道机器人设计与分析（论文提纲范文）
| 0前言 |
| 1 机器人的结构组成及工作原理 |
| 1.1 机器人的结构组成 |
| 1.2 三轴差动机构的工作原理 |
| 2 管道机器人通过弯管时本体位姿与驱动轮速比关系分析 |
| 2.1 驱动轮轮心截面与接触点截面的夹角 |
| 2.2 弯管运动时的位姿 |
| 2.3 驱动轮的速比关系 |
| 3 管道机器人的牵引力分析 |
| 3.1 预紧机构产生的正压力分析 |
| 3.2 行走机构输出牵引力分析 |
| 4 试验 |
| 4.1 环境条件 |
| 4.2 机器人差速试验 |
| 4.3 机器人牵引力试验 |
| 5 结论 |
（8）一种自适应型空调管道清洗机器人的结构研制与运动分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源及研究背景 |
| 1.1.1 所选课题的题目及来源 |
| 1.1.2 中央空调风管污染的严重性及定期清洗的必要性 |
| 1.1.3 目前国内中央空调通风系统清洗状况 |
| 1.2 中央空调风管清洗机器人的研究现状分析 |
| 1.2.1 国外风管清洗机器人的研究现状 |
| 1.2.2 国内风管清洗机器人的研究现状 |
| 1.3 目前风管清洗机器人存在的问题 |
| 1.4 本章小结 |
| 第2章 自适应型中央空调管道清洗机器人系统的总体设计 |
| 2.1 机器人总体设计方案 |
| 2.2 机器人的主体性能指标 |
| 2.3 机器人工作原理和各种功能的实现 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 机器人各部分的结构参数的设计及选用 |
| 3.1 机器人主体尺寸大小的确定 |
| 3.2 机器人移动机构的设计 |
| 3.2.1 移动方案的确定 |
| 3.2.2 驱动方式的确定 |
| 3.2.3 驱动电机的选择 |
| 3.3 机器人清洗机构的设计 |
| 3.3.1 清洗臂举升机构的设计 |
| 3.3.2 清洗刷机构的设计 |
| 3.4 机器人照明和检测装置 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 机器人自适应型装置的设计 |
| 4.1 履带足变位装置 |
| 4.2 刷头更换装置 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 机器人工作时的运动状态及受力分析 |
| 5.1 机器人移动机构动力学分析 |
| 5.2 机器人直线运动状态分析 |
| 5.3 机器人在管道中移动时拖线阻力的分析 |
| 5.4 机器人通过垂直台阶的研究 |
| 5.4.1 机器人前端带轮通过垂直台阶时的受力分析 |
| 5.4.2 机器人越障极限状态分析 |
| 5.5 机器人爬坡和跨越沟道能力的研究 |
| 5.6 机器人在风管内转弯时的通过性分析 |
| 5.6.1 管道机器人在水平直角弯管的通过性分析 |
| 5.6.2 管道机器人在矩形管斜接弯头的通过性分析 |
| 5.6.3 机器人在圆弧形弯头的通过性分析 |
| 5.7 机器人转弯半径的研究 |
| 5.8 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者在攻读学位期间发表的论文 |
（9）自主锁止蠕动式微小管道机器人关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源及意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 管道机器人技术综述 |
| 1.2.1 介质压差驱动的管道检测设备——Intelligent PIG |
| 1.2.2 具有自主行走能力的管内检测机器人 |
| 1.3 微小管道机器人研究现状 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.4 研究思路及内容安排 |
| 1.4.1 研究思路 |
| 1.4.2 内容安排 |
| 第二章 自主锁止蠕动式微小管道机器人结构设计 |
| 2.1 微小管道机器人设计时需考虑的关键问题 |
| 2.2 驱动方案及移动方式设计 |
| 2.2.1 微小管道机器人设计的基本要求 |
| 2.2.2 驱动方案及移动方式的选择 |
| 2.3 微小管道机器人本体结构设计 |
| 2.3.1 系统结构及工作原理 |
| 2.3.2 适应不同管径的调节机构设计 |
| 2.3.3 机构模块设计 |
| 2.3.4 整体结构设计 |
| 2.3.5 模块的串联扩展 |
| 2.3.6 存在的问题分析 |
| 2.4 微小管道机器人结构优化设计 |
| 2.4.1 自调节支撑机构设计 |
| 2.4.2 柔性保持机构设计 |
| 2.4.3 软轴驱动机构设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 微小管道机器人力学特性分析 |
| 3.1 支撑机构的力学特性分析 |
| 3.2 驱动特性分析 |
| 3.2.1 封闭力分析 |
| 3.2.2 牵引力分析 |
| 3.2.3 爬坡能力分析 |
| 3.2.4 虚拟样机仿真 |
| 3.3 管内运动阻力分析 |
| 3.3.1 拖缆阻力分析 |
| 3.3.2 滚动阻力分析 |
| 3.3.3 弯道阻力矩分析 |
| 3.3.4 爬坡阻力分析 |
| 3.4 管内自转机理分析 |
| 3.4.1 管内自转原因分析 |
| 3.4.2 管内自转机理分析 |
| 3.4.3 抑制管内自转的措施 |
| 3.5 机电动力学建模 |
| 3.5.1 支撑机构传动系统 |
| 3.5.2 驱动机构传动系统 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 摩擦接触约束下的微小管道机器人运动稳定性分析 |
| 4.1 问题的提出 |
| 4.2 摩擦接触约束下受限刚体的动力学建模 |
| 4.3 动力学微分方程解的存在性和唯一性 |
| 4.3.1 线性互补问题 |
| 4.3.2 解的存在性和唯一性 |
| 4.4 运动稳定性分析 |
| 4.4.1 奇异摄动分析 |
| 4.4.2 稳定性分析 |
| 4.5 实例仿真分析 |
| 4.5.1 三维单接触受限细长杆 |
| 4.5.2 平面内两接触受限细长杆 |
| 4.6 微小管道机器人直管内运动稳定性仿真分析 |
| 4.7 结构改进及仿真验证 |
| 4.8 本章小结 |
| 第五章 基于遗传算法的微小管道机器人多目标优化分析 |
| 5.1 运动速度分析 |
| 5.2 传动系统功率损耗分析 |
| 5.2.1 支撑机构传动系统功率损耗分析 |
| 5.2.2 驱动机构传动系统功率损耗分析 |
| 5.2.3 相关参数的确定 |
| 5.2.4 节能措施 |
| 5.3 机器人的多目标优化仿真分析 |
| 5.3.1 多目标优化问题的数学描述 |
| 5.3.2 遗传算法概述 |
| 5.3.3 目标函数的确定 |
| 5.3.4 结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 自主锁止蠕动式微小管道机器人模拟管道试验研究 |
| 6.1 模拟管道试验系统的搭建 |
| 6.1.1 控制系统简介 |
| 6.1.2 样机研制及试验系统的搭建 |
| 6.2 机器人性能指标测试 |
| 6.2.1 牵引力测试 |
| 6.2.2 运动速度测试 |
| 6.2.3 通过性试验 |
| 6.3 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
| 附录A 微小管道机器人直管运动稳定性分析公式推导 |
| 附录B 驱动机构传动系统的功耗计算 |
（10）三轴差速式管道机器人过弯管时的差速特性及拖动力分析（论文提纲范文）
| 1 引言 (Introduction) |
| 2 三轴差速机构的基本原理 (Principle of tri-axial differential mechanism) |
| 2.1 三轴差速机构的结构及工作原理 |
| 2.2 三轴差速机构实现差速的受力分析 |
| 3 三轴差速式管道机器人的组成及工作原理 (Composition and working principle of tri-axial differential pipeline robot) |
| 4 三轴差速式管道机器人的差速特性 (Differential property of tri-axial differential pipeline robot) |
| 4.1 直管阶段的运动方程 |
| 4.2 弯管阶段的差速方程 |
| 5 三轴差速式管道机器人的拖动力研究 (Research on traction force of tri-axial differential pipeline robot) |
| 5.1 直管阶段和旋转阶段的拖动力 |
| 5.2 过渡阶段的拖动力 |
| 6 结论 (Conclusion) |
四、管内机器人移动载体机电动力学驱动特性的研究（论文参考文献）
- [1]三态仿生机器原型设计及其机电动力学研究[D]. 苗艳杰. 佛山科学技术学院, 2020(01)
- [2]管道清淤机器人行走装置结构与工作性能研究[D]. 都闯. 沈阳建筑大学, 2019(05)
- [3]差动式自适应管道机器人的设计与研究[D]. 王辰忠. 沈阳理工大学, 2016(05)
- [4]特种地面移动机器人机械系统设计与分析[D]. 欧屹. 南京理工大学, 2013(06)
- [5]三轴差动式管道机器人的驱动特性及仿真研究[J]. 李庆凯,唐德威,姜生元,邓宗全. 哈尔滨工程大学学报, 2012(06)
- [6]基于键合图理论的三轴差速机构的差动特性[J]. 唐德威,李庆凯,姜生元,邓宗全. 机械工程学报, 2011(23)
- [7]具有差动运动功能的管道机器人设计与分析[J]. 唐德威,李庆凯,姜生元,邓宗全,刘航. 机械工程学报, 2011(13)
- [8]一种自适应型空调管道清洗机器人的结构研制与运动分析[D]. 李恒武. 武汉理工大学, 2011(09)
- [9]自主锁止蠕动式微小管道机器人关键技术研究[D]. 徐从启. 国防科学技术大学, 2010(04)
- [10]三轴差速式管道机器人过弯管时的差速特性及拖动力分析[J]. 唐德威,李庆凯,姜生元,邓宗全. 机器人, 2010(01)