液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)研究

劉福建

摘要：科技的進(jìn)步，液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的發(fā)明為人們生活提供很大便利。隨著液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的產(chǎn)生，其為國(guó)家進(jìn)一步發(fā)展做出卓越貢獻(xiàn)。加強(qiáng)液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)的研究，科技人員已經(jīng)提出了一種新型技術(shù)，可以用來(lái)對(duì)液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人進(jìn)行檢測(cè)以及設(shè)計(jì)。便攜式、大變徑、全驅(qū)式的油缸檢測(cè)的液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)主要采用的模塊思想，對(duì)稱設(shè)計(jì)可確保液壓油缸檢測(cè)的準(zhǔn)確性。本文是針對(duì)液壓油缸液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀、液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)組成、原理、運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)驗(yàn)的相關(guān)概述。

關(guān)鍵詞：液壓油缸;檢測(cè);液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)

0 ?引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的科技也在進(jìn)一步發(fā)展。液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人已經(jīng)成為我國(guó)發(fā)展的一個(gè)較大的項(xiàng)目。液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)需要采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，達(dá)到油缸的變徑以及油缸內(nèi)部行走目標(biāo)的同時(shí)，確保油缸內(nèi)壁中心軸線、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中心軸線，這兩者是平行的關(guān)系。本篇文章筆者是針對(duì)液壓油缸液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的發(fā)展、液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)涉及到的內(nèi)容、周向三輪定位全驅(qū)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程等的介紹。

1 ?液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀

液壓油缸通常會(huì)在惡劣或是重載環(huán)境中應(yīng)用，應(yīng)對(duì)于油缸進(jìn)行檢查以及維護(hù)，避免其對(duì)于企業(yè)的經(jīng)濟(jì)造成一定的損失。液壓油缸會(huì)被應(yīng)用的場(chǎng)合較多，例如其可以被運(yùn)用于自來(lái)水管道、污水排放、天然氣輸送，隨著使用年限的增加，液壓油缸就會(huì)出現(xiàn)老化，部分油缸會(huì)由于使用的年限導(dǎo)致其出現(xiàn)破損或是堵塞，可能會(huì)使得設(shè)備或是機(jī)器出現(xiàn)安全故障，可見對(duì)于液壓油缸或是管道應(yīng)進(jìn)行定時(shí)檢修以及維護(hù)。傳統(tǒng)液壓油缸的檢測(cè)會(huì)受到外界環(huán)境以及工作空間的制約，這就會(huì)對(duì)于部分人員進(jìn)行油缸檢測(cè)造成一定影響。在這樣的背景之下，液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而。1980年之后，國(guó)外很多專家對(duì)于管道液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人進(jìn)行研究，并對(duì)液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的可靠性、便攜性、靈活性進(jìn)行深入分析，研究結(jié)果顯示，使用液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人檢測(cè)管道會(huì)存在一定的缺陷，其不太適用于液壓缸管道內(nèi)壁的檢測(cè)，另外，液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人會(huì)在行走過(guò)程中對(duì)于液壓油缸造成較大的損傷，其作業(yè)的距離也相對(duì)稍短。本文科技人員提出了一種周向三輪可完全驅(qū)動(dòng)、較大范圍變徑的液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人，其可以用于對(duì)于液壓缸內(nèi)壁進(jìn)行圓度檢測(cè)如圖1。

2 ?液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)涉及到的內(nèi)容

本液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人可以通過(guò)精確定位設(shè)計(jì)，使用直齒輪、同步帶傳送力至主動(dòng)輪、減速電機(jī)經(jīng)三組錐齒輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其屬于周向三輪定位的全驅(qū)機(jī)構(gòu)，使得液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人在液壓油缸管道內(nèi)壁的順利行走，并減少行走對(duì)于管道造成的摩擦。設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)雙絲桿剪刀式主動(dòng)變徑的機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，運(yùn)用絲桿旋合的全驅(qū)機(jī)構(gòu)螺母、減速電機(jī)經(jīng)兩組直齒輪，這兩者產(chǎn)生的直線推拉作用，對(duì)剪刀式開合進(jìn)行科學(xué)控制，促進(jìn)液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人變徑操作的快速實(shí)現(xiàn)。對(duì)于液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)主要采用的是模塊化的思想，分別設(shè)計(jì)了液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的兩種功能，即變徑以及行走，也可以將液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人進(jìn)行合理劃分，分為主動(dòng)變徑結(jié)構(gòu)、周向定位機(jī)構(gòu)。通常每一個(gè)機(jī)構(gòu)可以由步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)控制，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)應(yīng)功能的科學(xué)管理，對(duì)于液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人后期的運(yùn)動(dòng)控制可提供較大便利，并將設(shè)計(jì)好的液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人應(yīng)用于不同工程，也可以對(duì)其進(jìn)行開發(fā)以及研究。通過(guò)對(duì)于液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)，為之后的研究以及應(yīng)用奠定基礎(chǔ)保障，也可以為同類液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的研發(fā)提供技術(shù)支持以及參考的思路。

2.1 液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的組成

液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)，應(yīng)以液壓油缸為基礎(chǔ)如圖2。首先就需要了解機(jī)構(gòu)組成部分，其組成分別有行走電機(jī)、主動(dòng)行走輪、銷柱、導(dǎo)向桶、絲桿、螺母固定板、絲桿螺母、被動(dòng)行走輪、導(dǎo)向柱。液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的前搖臂支撐桿、后搖臂支撐桿、后端板、前端板、前搖臂、后搖臂等組件對(duì)于液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的正常應(yīng)用以及行走也有一定的作用。行走電機(jī)的主要作用就是為此電機(jī)奠定行走的基礎(chǔ)以及力量;主動(dòng)行走輪，銷柱，被動(dòng)行走輪，將這三者進(jìn)行結(jié)合，可以促使液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人移動(dòng)距離增加。行走電機(jī)、主動(dòng)行走輪，銷柱，被動(dòng)行走輪等機(jī)構(gòu)可刺激導(dǎo)向柱沿著導(dǎo)向桶進(jìn)行縱向運(yùn)動(dòng)，并將液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)長(zhǎng)度改變。搖臂支撐桿、后搖臂支撐桿、后端板、前端板、前搖臂、后搖臂等可以對(duì)于機(jī)器人有一定的支撐效果。

2.2 液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人中周向三輪定位全驅(qū)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程

要對(duì)液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員首先就需要明確液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的組成部分、液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的工作原理、周向三輪定位全驅(qū)機(jī)構(gòu)工作原理以及雙絲桿剪刀式主動(dòng)變徑機(jī)構(gòu)的原理。以下對(duì)雙絲桿剪刀式主動(dòng)變徑機(jī)構(gòu)的原理進(jìn)行概述。

雙絲桿剪刀式的主動(dòng)變徑機(jī)構(gòu)由是由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、雙絲桿機(jī)構(gòu)、變徑驅(qū)動(dòng)電機(jī)。機(jī)構(gòu)變徑運(yùn)動(dòng)工作原理是通過(guò)對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的減速實(shí)現(xiàn)的，在后端板上安裝的齒輪系可以將運(yùn)動(dòng)直接傳輸?shù)揭簤河透讬z測(cè)機(jī)器人的不同絲桿上，經(jīng)過(guò)絲桿旋合于全驅(qū)機(jī)構(gòu)以及兩組直齒輪上的螺母，產(chǎn)生直線推拉的作用，設(shè)計(jì)人員可對(duì)于由軸銷的連接科學(xué)控制，呈剪刀狀結(jié)構(gòu)在安裝過(guò)后，其后端板存在的的后搖臂、以及前端板上前搖臂，可以開合運(yùn)動(dòng)，達(dá)到機(jī)構(gòu)變徑的目標(biāo)。如圖3所示，雙絲桿剪刀式的主動(dòng)變徑機(jī)構(gòu)軸向推拉運(yùn)動(dòng)可以由雙絲桿機(jī)構(gòu)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。雙絲桿剪刀式主動(dòng)變徑機(jī)構(gòu)的工作原理是：絲桿A、B分別可以旋合螺母C、D，螺母可以在螺母固定板上進(jìn)行固定安裝，絲桿A、B會(huì)受到變徑電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，其與變徑電機(jī)M，可呈現(xiàn)出軸線對(duì)稱的關(guān)系，進(jìn)而可以獲得推拉力，并且其力量比較穩(wěn)定以及均勻，防止其產(chǎn)生傾覆力矩的問(wèn)題。在雙絲桿剪刀式主動(dòng)變徑機(jī)構(gòu)中，變徑機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)以及驅(qū)動(dòng)中存在支腿原理，變徑機(jī)構(gòu)傳動(dòng)基本的原理是：變徑電機(jī)輸出軸可以通過(guò)已經(jīng)安裝的一級(jí)直齒輪，將運(yùn)動(dòng)直接進(jìn)行傳遞，使其傳輸?shù)揭呀?jīng)安裝在變徑機(jī)構(gòu)后端板上已經(jīng)處于平行的兩個(gè)對(duì)稱分布絲桿，后端板的周向是120°，其會(huì)均勻的分布在變徑機(jī)構(gòu)三個(gè)后搖臂上，后搖臂末端需要進(jìn)行被動(dòng)輪的安裝，中部以及前搖臂中部應(yīng)對(duì)應(yīng)，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)將銷柱進(jìn)行連接，促使后端板的導(dǎo)向柱進(jìn)行作用，可以將其直接插入前端板上存在的三個(gè)導(dǎo)向桶中，進(jìn)而為變徑機(jī)構(gòu)導(dǎo)向、支撐、止轉(zhuǎn)提供極大便利。變徑機(jī)構(gòu)的絲桿需要與前端板上已經(jīng)經(jīng)過(guò)固定螺母實(shí)施旋合。如果變徑電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母就會(huì)拉動(dòng)其前端板，使其沿著導(dǎo)向柱進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，達(dá)到推遠(yuǎn)或是拉近的目的。同時(shí)，在前端板以及變徑機(jī)構(gòu)的后端板上剪刀式搖臂就會(huì)開合，將液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的支撐半徑可以改變。

3 ?液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)驗(yàn)

在設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員還需要對(duì)于液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人進(jìn)行受力學(xué)分析，受力學(xué)分析可以分為穩(wěn)定性以及靜力學(xué)的分析。設(shè)計(jì)人員在對(duì)液壓油缸進(jìn)行設(shè)計(jì)中，需要在本系統(tǒng)中應(yīng)用激光測(cè)距傳感器，對(duì)液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行勻速實(shí)驗(yàn)。液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人行走電機(jī)可以采用PWM驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)人員在對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行設(shè)定整定后，了解液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人以及激光傳感器之間的距離、時(shí)間點(diǎn)，進(jìn)而得到樣機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)速度的一些數(shù)據(jù)信息，了解液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人樣機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)速度均勻性，并進(jìn)行計(jì)算，了解其速度最大會(huì)處于那種程度。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，對(duì)液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，了解勻速的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而了解激光傳感器的量程具體的范圍。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有43個(gè)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為0.67s，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)人員的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的勻速運(yùn)動(dòng)速度是3.72m/min。設(shè)計(jì)人員將PWM到滿占空比85%進(jìn)行調(diào)整，可將速度控制在一定范圍內(nèi)，得到速度的數(shù)值是7.44m/min，也就是全速運(yùn)動(dòng)的速度。通過(guò)以上可知，液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的樣機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)勻速性能良好，已經(jīng)符合測(cè)量要求。液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人樣機(jī)運(yùn)動(dòng)速度最大數(shù)值是為7.44 m/min。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

科技技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)大范圍應(yīng)用于現(xiàn)階段的人們生活中，目前已經(jīng)存在部分工作被機(jī)器人取代。可見，機(jī)器人的發(fā)展速度之快。對(duì)于液壓油進(jìn)行機(jī)器人設(shè)計(jì)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測(cè)中存在的管道磨損等不足，提升管道的檢測(cè)準(zhǔn)確性，也可以間接節(jié)省人力。本文設(shè)計(jì)人員是針對(duì)周向三輪完全驅(qū)動(dòng)、較大范圍變徑的液壓油缸檢測(cè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其勻速性能良好，可以運(yùn)用于日常生活對(duì)于液壓油缸的檢測(cè)中來(lái)。

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