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履带式管道自动清灰机器人设计方案适用环境要求适用管道形状：圆形；适用管道直径、长度：管道直径500～800mm；管道长度不超过50m；适用管道的布置：水平直管道和小于5度的倾斜直管道；管道连接部分内壁错位高度不超过10mm；管道内壁沉积粉尘可能为铁粉尘、铝镁粉尘或面粉；适用于有水平或竖直分支口的管道，分支口直径为主管直径的3分之2。行走方式序号方式工作原理优点缺点1轮式结构简单，控制灵活，平坦路面性能优越复杂管道通过性能差，越障能力不足2螺旋式驱动效率高，牵引力大，运动平稳，运动速率较慢，清扫机构设计复杂3履带式牵引附着性能好，越障能力较强摩擦力大，对于平坦路面能量利用率低4蛇形式越障能力好，弯道通过性能强姿态和运动控制复杂，负载能力差5多足式越障能力优越，适用于不平整管道步态规划复杂控制困难，效率低6蠕动式弯管，坡度较大或竖直管道通过能力强运动速度慢工作效率较低考虑到管道壁较薄，无法承载较大压强，采用履带式结构，并采用三轮腿结构以增强机器人在管道中行进的稳定性总装配图履带结构履带采用一体成型橡胶履带，外轮廓为圆弧形，直径500mm，以适应最小500的管径，管径大于500时，两侧负重轮下压，改变履带形状使其与管壁贴合，增大履带与管壁接触面积。动力由于管道内壁沉积粉尘可能为铁粉尘、铝镁粉尘或面粉；考虑防爆，采用气动或者软轴驱动。本处设计采用阿特拉斯·科普柯公司的一款气动马达作为驱动装置，若采用软轴，则修改其中减速器及部分连接件结构即可。变径机构1蜗轮蜗杆调节方式2升降机调节方式3丝杠螺母副调节方式参考上海交通大学颜国正等人的研究，本设计方案采用第三种调节方式。变径机构采用气动马达驱动，丝杠螺母与连杆机构的组合，能适应500mm~800mm的管径。越障1驱动轮；2行星减速器；3气动马达；4导轮；5绞牙减振器1；6绞牙减振器2通过弹簧压缩，可以减小上下履带间距，以跨越障碍，最大可跨越20mm障碍，三轮腿结构相同，亦可以保证三条轮腿在管道截面不是标准圆形的情况下总能与管壁保持良好接触。安装时绞牙减振器可以调节弹簧高度，使履带张紧。属性对于800mm管径，支管直径最大在500mm左右，两倍的履带接触长度，可以使在轮腿刚好处于支管上时仍能直接通过，若支管直径小于500或支管不处于特定位置时，可减小滤袋长度，使结构更加紧凑。本方案设计绝大部分材料为铝合金，极小部分为橡胶、弹簧钢等，此处采用2219铝合金密度作为平均密度估计总体质量。后期对各零件赋予材料性质后，可得到精确质量属性以及重心等信息。体积1.954𝑚3,初步估计质量为54Kg，加上清扫装置以及控制元件等，最终质量可能达到在60~70Kg.如前面所说，履带为弧面履带，理想状态下履带与管壁为面接触，接触面积为3×0.11𝑚2，具有较大接触面积，牵引力较大，对管壁压强较小。