液壓油缸檢測機器人設計研究

劉福建

摘要：科技的進步，液壓油缸檢測機器人的發明為人們生活提供很大便利。隨著液壓油缸檢測機器人的產生，其為國家進一步發展做出卓越貢獻。加強液壓油缸檢測機器人設計的研究，科技人員已經提出了一種新型技術，可以用來對液壓油缸檢測機器人進行檢測以及設計。便攜式、大變徑、全驅式的油缸檢測的液壓油缸檢測機器人的設計主要采用的模塊思想，對稱設計可確保液壓油缸檢測的準確性。本文是針對液壓油缸液壓油缸檢測機器人的研究現狀、液壓油缸檢測機器人設計組成、原理、運動速度的實驗的相關概述。

關鍵詞：液壓油缸;檢測;液壓油缸檢測機器人設計

0 ?引言

社會經濟的不斷發展，我國的科技也在進一步發展。液壓油缸檢測機器人已經成為我國發展的一個較大的項目。液壓油缸檢測機器人設計需要采用先進的設計思想，達到油缸的變徑以及油缸內部行走目標的同時，確保油缸內壁中心軸線、運動機構中心軸線，這兩者是平行的關系。本篇文章筆者是針對液壓油缸液壓油缸檢測機器人的發展、液壓油缸檢測機器人設計涉及到的內容、周向三輪定位全驅機構的設計過程等的介紹。

1 ?液壓油缸檢測機器人的研究現狀

液壓油缸通常會在惡劣或是重載環境中應用，應對于油缸進行檢查以及維護，避免其對于企業的經濟造成一定的損失。液壓油缸會被應用的場合較多，例如其可以被運用于自來水管道、污水排放、天然氣輸送，隨著使用年限的增加，液壓油缸就會出現老化，部分油缸會由于使用的年限導致其出現破損或是堵塞，可能會使得設備或是機器出現安全故障，可見對于液壓油缸或是管道應進行定時檢修以及維護。傳統液壓油缸的檢測會受到外界環境以及工作空間的制約，這就會對于部分人員進行油缸檢測造成一定影響。在這樣的背景之下，液壓油缸檢測機器人檢測技術應運而。1980年之后，國外很多專家對于管道液壓油缸檢測機器人進行研究，并對液壓油缸檢測機器人的可靠性、便攜性、靈活性進行深入分析，研究結果顯示，使用液壓油缸檢測機器人檢測管道會存在一定的缺陷，其不太適用于液壓缸管道內壁的檢測，另外，液壓油缸檢測機器人會在行走過程中對于液壓油缸造成較大的損傷，其作業的距離也相對稍短。本文科技人員提出了一種周向三輪可完全驅動、較大范圍變徑的液壓油缸檢測機器人，其可以用于對于液壓缸內壁進行圓度檢測如圖1。

2 ?液壓油缸檢測機器人設計涉及到的內容

本液壓油缸檢測機器人可以通過精確定位設計，使用直齒輪、同步帶傳送力至主動輪、減速電機經三組錐齒輪進行驅動，其屬于周向三輪定位的全驅機構，使得液壓油缸檢測機器人在液壓油缸管道內壁的順利行走，并減少行走對于管道造成的摩擦。設計人員通過對雙絲桿剪刀式主動變徑的機構的準確設計，運用絲桿旋合的全驅機構螺母、減速電機經兩組直齒輪，這兩者產生的直線推拉作用，對剪刀式開合進行科學控制，促進液壓油缸檢測機器人變徑操作的快速實現。對于液壓油缸檢測機器人設計主要采用的是模塊化的思想，分別設計了液壓油缸檢測機器人的兩種功能，即變徑以及行走，也可以將液壓油缸檢測機器人進行合理劃分，分為主動變徑結構、周向定位機構。通常每一個機構可以由步進電機進行單獨控制，進而可以實現對對應功能的科學管理，對于液壓油缸檢測機器人后期的運動控制可提供較大便利，并將設計好的液壓油缸檢測機器人應用于不同工程，也可以對其進行開發以及研究。通過對于液壓油缸檢測機器人的設計，為之后的研究以及應用奠定基礎保障，也可以為同類液壓油缸檢測機器人的研發提供技術支持以及參考的思路。

2.1 液壓油缸檢測機器人的組成

液壓油缸檢測機器人的設計，應以液壓油缸為基礎如圖2。首先就需要了解機構組成部分，其組成分別有行走電機、主動行走輪、銷柱、導向桶、絲桿、螺母固定板、絲桿螺母、被動行走輪、導向柱。液壓油缸檢測機器人的前搖臂支撐桿、后搖臂支撐桿、后端板、前端板、前搖臂、后搖臂等組件對于液壓油缸檢測機器人的正常應用以及行走也有一定的作用。行走電機的主要作用就是為此電機奠定行走的基礎以及力量;主動行走輪，銷柱，被動行走輪，將這三者進行結合，可以促使液壓油缸檢測機器人移動距離增加。行走電機、主動行走輪，銷柱，被動行走輪等機構可刺激導向柱沿著導向桶進行縱向運動，并將液壓油缸檢測機器人機構長度改變。搖臂支撐桿、后搖臂支撐桿、后端板、前端板、前搖臂、后搖臂等可以對于機器人有一定的支撐效果。

2.2 液壓油缸檢測機器人中周向三輪定位全驅機構的設計流程

要對液壓油缸檢測機器人進行設計，設計人員首先就需要明確液壓油缸檢測機器人的組成部分、液壓油缸檢測機器人的工作原理、周向三輪定位全驅機構工作原理以及雙絲桿剪刀式主動變徑機構的原理。以下對雙絲桿剪刀式主動變徑機構的原理進行概述。

雙絲桿剪刀式的主動變徑機構由是由導向機構、雙絲桿機構、變徑驅動電機。機構變徑運動工作原理是通過對于電機驅動的減速實現的，在后端板上安裝的齒輪系可以將運動直接傳輸到液壓油缸檢測機器人的不同絲桿上，經過絲桿旋合于全驅機構以及兩組直齒輪上的螺母，產生直線推拉的作用，設計人員可對于由軸銷的連接科學控制，呈剪刀狀結構在安裝過后，其后端板存在的的后搖臂、以及前端板上前搖臂，可以開合運動，達到機構變徑的目標。如圖3所示，雙絲桿剪刀式的主動變徑機構軸向推拉運動可以由雙絲桿機構進一步實現。雙絲桿剪刀式主動變徑機構的工作原理是：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行固定安裝，絲桿A、B會受到變徑電機的驅動，其與變徑電機M，可呈現出軸線對稱的關系，進而可以獲得推拉力，并且其力量比較穩定以及均勻，防止其產生傾覆力矩的問題。在雙絲桿剪刀式主動變徑機構中，變徑機構的傳動以及驅動中存在支腿原理，變徑機構傳動基本的原理是：變徑電機輸出軸可以通過已經安裝的一級直齒輪，將運動直接進行傳遞，使其傳輸到已經安裝在變徑機構后端板上已經處于平行的兩個對稱分布絲桿，后端板的周向是120°，其會均勻的分布在變徑機構三個后搖臂上，后搖臂末端需要進行被動輪的安裝，中部以及前搖臂中部應對應，設計人員可以通過將銷柱進行連接，促使后端板的導向柱進行作用，可以將其直接插入前端板上存在的三個導向桶中，進而為變徑機構導向、支撐、止轉提供極大便利。變徑機構的絲桿需要與前端板上已經經過固定螺母實施旋合。如果變徑電機轉動，螺母就會拉動其前端板，使其沿著導向柱進行運動，達到推遠或是拉近的目的。同時，在前端板以及變徑機構的后端板上剪刀式搖臂就會開合，將液壓油缸檢測機器人的支撐半徑可以改變。

3 ?液壓油缸檢測機器人運動速度的實驗

在設計中，設計人員還需要對于液壓油缸檢測機器人進行受力學分析，受力學分析可以分為穩定性以及靜力學的分析。設計人員在對液壓油缸進行設計中，需要在本系統中應用激光測距傳感器，對液壓油缸檢測機器人的運動系統進行勻速實驗。液壓油缸檢測機器人行走電機可以采用PWM驅動，設計人員在對PID參數進行設定整定后，了解液壓油缸檢測機器人以及激光傳感器之間的距離、時間點，進而得到樣機系統運動速度的一些數據信息，了解液壓油缸檢測機器人樣機系統運動速度均勻性，并進行計算，了解其速度最大會處于那種程度。經過實驗，對液壓油缸檢測機器人運動系統進行測量，了解勻速的相關數據，進而了解激光傳感器的量程具體的范圍。實驗數據有43個，實驗時間為0.67s，經過設計人員的計算發現，液壓油缸檢測機器人的勻速運動速度是3.72m/min。設計人員將PWM到滿占空比85%進行調整，可將速度控制在一定范圍內，得到速度的數值是7.44m/min，也就是全速運動的速度。通過以上可知，液壓油缸檢測機器人的樣機系統的運動勻速性能良好，已經符合測量要求。液壓油缸檢測機器人樣機運動速度最大數值是為7.44 m/min。

4 ?結束語

科技技術的發展，機器人已經大范圍應用于現階段的人們生活中，目前已經存在部分工作被機器人取代。可見，機器人的發展速度之快。對于液壓油進行機器人設計，可以彌補傳統檢測中存在的管道磨損等不足，提升管道的檢測準確性，也可以間接節省人力。本文設計人員是針對周向三輪完全驅動、較大范圍變徑的液壓油缸檢測機器人的設計，經過實驗發現其勻速性能良好，可以運用于日常生活對于液壓油缸的檢測中來。

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