一种主动变径管道检测机器人的设计与样机验证

作     者：马威战 张丹 刘健 田春旭 夏志豪 MA Weizhan;ZHANG Dan;LIU Jian;TIAN Chunxu;XIA Zhihao

作者机构：复旦大学工程与应用技术研究院智能机器人研究院上海200433 

出 版 物：《复旦学报:自然科学版》 (Journal of Fudan University:Natural Science)

年 卷 期：2023年第62卷第5期

页      面：627-636页

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主　　题：管道检测机器人 主动变径 转向运动 避障运动 ADAMS仿真 

摘      要：为提高工作效率并节省人力物力,机器人被广泛应用于管道检测任务。本研究基于管道检测机器人需要躲避障碍物和适应不同管径的需求,设计了一种新型空间二自由度支链结构,并建立了支链末端中点的运动学模型。通过协同控制3条支链,可重构管道检测机器人的机械结构,从而可实现适应不同内径的管道和通过存在障碍物管道的功能。同时,本研究建立了机器人弯管转向的轨迹模型并求出了机器人弯管转向的运动规律。最后研究了管道检测机器人的避障方式并分析了机器人的避障能力。还使用ADAMS软件对避障运动进行了仿真,并基于仿真结果比较了两种避障方式。仿真结果表明:这两种避障方式都可实现避障的功能,但在避障过程中机器人的稳定性稍有不同。本研究使用3D打印技术制备了管道检测机器人样机,并对该样机的弯管转向功能、避障能力和在竖直管道中攀爬的功能进行了实验验证。实验结果表明:该机器人具备一定的避障功能,还能够成功地通过弯管并且能够攀爬竖直的管道。