管道在能源的运输方面具有重要的作用,其安全、合理、稳定的运行具有重要的意义。以DN250~350 mm的油气管道为主要应用场景,设计了一种以丝杆螺母变径机构达到自适应目的的履带式管道巡检修复机器人。该履带式管道巡检修复机器人分为驱动单元、检测单元、连接单元和隔离修复单元。通过几何分析研究管道几何约束对弯管通过性的影响可知,当该机器人组成单元的长度小于452.88 mm时,从几何约束角度分析可以通过弯管;运用坐标转化法对机器人运行过程进行了运动状态分析,研究该管道机器人的运动特性,得到该机器人的速度方程。由分析可知,履带式机器人采用3履带差速特性的方式通过弯管时运动更加平稳。采用仿真分析的方式,验证了其对弯曲管道形态的通过性。该研究可为油气管道的稳定巡检、应急安防与处理处置提供参考。

针对现有油气管道检测机器人运动方式单一、管径适应范围小、机器人在管道中通过性与适应性差等问题,设计了一种新型变运动方式管道机器人。给出机器人的设计需求,介绍了机器人的整体结构与工作原理;提出了主副簧结合、共同预紧的被动支撑机构和具有倾角可调功能的驱动机构;对支撑机构受力进行分析,同时对机器人通过弯管时的尺寸约束条件与运动约束条件进行分析,并进行了实验验证。结果表明,机器人的结构设计与计算合理,机器人在弯管中的尺寸约束与运动约束分析是正确的,机器人可以顺利通过R≥1.5D的弯管环境。该研究结果为后续机器人仿真实验与样机制作提供了参考。