仿生型自激驅(qū)動(dòng)的微型管道機(jī)器人.pdf

1、本文針對(duì)能進(jìn)入22±1mm寬度管道內(nèi)部作業(yè)的微型管道機(jī)器人系統(tǒng)，開發(fā)了高效率、低功耗的仿生自激驅(qū)動(dòng)的微型管道機(jī)器人，并進(jìn)行了建模、設(shè)計(jì)、自激驅(qū)動(dòng)控制的理論和實(shí)驗(yàn)研究。 首先，概括了管道機(jī)器人驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用前景、發(fā)展趨勢(shì)和研究現(xiàn)狀，評(píng)述了管道機(jī)器人各種驅(qū)動(dòng)方式的性能特點(diǎn)。 其次，受足類動(dòng)物自穩(wěn)定性運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)驅(qū)動(dòng)控制機(jī)理啟發(fā)，提出了在共振頻率附近自激振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式，以實(shí)現(xiàn)效率高、功耗小的設(shè)計(jì)要求。根據(jù)自激振動(dòng)的反饋特性，判定

2、了管道機(jī)器人為自激振動(dòng)。自激驅(qū)動(dòng)的研究為揭示蠕動(dòng)的本質(zhì)和復(fù)原蠕動(dòng)提供了依據(jù)。 第三，運(yùn)用磁路的等效電路原理，進(jìn)行了直動(dòng)式電磁螺線管有分支的恒定磁場(chǎng)磁路分析。應(yīng)用ANSYS對(duì)電磁螺線管進(jìn)行磁路分析和優(yōu)化，完整地分析了電磁螺線管的電磁吸力特性、工作特性、發(fā)熱和電流密度等靜態(tài)特性。這對(duì)設(shè)計(jì)和優(yōu)化電磁螺線管有著重要的意義，分析和優(yōu)化過(guò)程可推廣應(yīng)用到各種電磁驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)和分析中去。 第四，結(jié)合管道機(jī)器人自激振動(dòng)過(guò)程，建立了分階段的

3、自激振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型。運(yùn)用數(shù)值計(jì)算理論對(duì)自激振動(dòng)模型，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真，驗(yàn)證了管道機(jī)器人的自激振動(dòng)頻率在共振頻率附近。管道機(jī)器人能量機(jī)制的研究證明了自激振動(dòng)的穩(wěn)定性。研究為有效可靠地利用白激振動(dòng)、提高系統(tǒng)效率、減少功耗提供了依據(jù)。 第五，設(shè)計(jì)了有防顫振、誤動(dòng)作措施的管道機(jī)器人控制系統(tǒng)，構(gòu)成了帶振動(dòng)量反饋的管道機(jī)器人自激振動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了管道機(jī)器人的前進(jìn)和后退。最后，設(shè)計(jì)制作了管道機(jī)器人的原理樣機(jī)。對(duì)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)表明，管道機(jī)器