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蛇形供水管道機器人頭部結構設計與運動(dòng)學(xué)分析
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北京工業(yè)大學(xué) 人工智能與自動(dòng)化學(xué)院

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Structural Design and Kinematics Analysis of Snake-shaped Water Supply Pipeline Robot Head
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    摘要:

    管道機器人被廣泛應用于管道檢測領(lǐng)域,為適應小口徑帶壓供水管網(wǎng)的檢測,設計了一種小體型的蛇形管道機器人頭部結構,不僅有著(zhù)良好的防水抗壓效果,且該結構引入連續體機器人的特點(diǎn),采用繩驅柔性體和關(guān)節旋轉的配合動(dòng)作來(lái)進(jìn)行姿態(tài)變換,使得機器人頭部運動(dòng)更加靈活,能夠在150mm-300mm的小口徑自來(lái)水管道中自由移動(dòng),有著(zhù)廣泛的可達任務(wù)空間;運用等效D-H方法建立機器人的運動(dòng)學(xué)模型,計算出其正、逆解析表達式,并使用蒙特卡羅法在Matlab中繪制出機器人頭部的可達任務(wù)空間圖,最后將設計的虛擬樣機模型在A(yíng)dams仿真軟件中進(jìn)行仿真分析;運動(dòng)學(xué)分析和虛擬樣機模型的仿真分析結果表明,所提設計方案合理可行,滿(mǎn)足應用設計需求。

    Abstract:

    Pipeline robots are widely used in the field of pipeline inspection. In order to adapt to the inspection of small-diameter pressurized water supply pipe networks, a small serpentine pipe robot head structure is designed. The structure not only has a good waterproof and compression resistance effect, but also introduces the characteristics of a continuum robot. It adopts the coordinated action of the rope-driven flexible body and the joint rotation to perform attitude transformation, which makes the robot head movement more flexible, and can be used in the range of 150mm-300mm. It can move freely in small-diameter water pipes, and has a wide range of accessible task space. Use the equivalent D-H method to establish the kinematic model of the robot, calculate its positive and inverse analytical expressions, and use the Monte Carlo method to draw the reachable task space diagram of the robot head in Matlab. Finally, the designed virtual prototype model is simulated and analyzed in Adams simulation software. Kinematics analysis and the simulation analysis results of the virtual prototype model show that the proposed design scheme is reasonable and feasible, and meets the application design requirements.

    參考文獻
    相似文獻
    引證文獻
引用本文

陳雙葉,黃成意,張智武,張林,韓默,史思雨,趙婧華,吳坤,李志.蛇形供水管道機器人頭部結構設計與運動(dòng)學(xué)分析計算機測量與控制[J].,2023,31(5):187-192.

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  • 收稿日期:2022-08-25
  • 最后修改日期:2022-09-13
  • 錄用日期:2022-09-14
  • 在線(xiàn)發(fā)布日期: 2023-05-19
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