为研究管道机器人清淤装置在旋转条件下的工作稳定性,对其自适应系统进行冲击与振动的研究。将简化的清淤装置导入到ADAMS中,分别在最低转速20r/min和最高转速100r/min时,选取不同刚度系数的弹簧,在有弹簧预压缩量和弹簧预压力的条件下进行振动动力学仿真,提取不同条件下滑块与螺塞的冲击曲线、滑块对弹簧的冲击曲线,验证了刚性冲击系数远大于柔性冲击系数;对自适应系统添加柔性元件,得到自适应系统的冲击和振动曲线,并对结果进行对比分析。结果表明低转速时选择较大弹簧刚度,高转速时选择较低弹簧刚度;比较系统冲击力和冲击系数,应在高速和弹簧预压力为(35~100)N条件下工作更稳定;系统需添加柔性缓冲元件,可极大减小冲击力和系统振动。

为实现对管道内环境的监测与检修,设计了一种以凸轮-连杆机构作为机器人单腿的多足管道机器人。对单腿机构进行了运动分析和机构改进,改善了初始连杆机构方案中运动精度不高、惯性力较大的缺点。对机构方案进行了理论建模,再应用三维建模软件SolidWorks与运动分析软件Adams联合仿真的方法对机构进行了运动分析,通过改变机构相关参数进而进行了机构的改进。通过对比分析可见,采用凸轮-连杆机构方案比初始连杆机构方案具有更多的优点;改变凸轮的尺寸,机构的足端在法线方向上的位移量变大,足端会抬得更高,且相同时间内可以行走更长的路程。研究结果还表明,该凸轮-连杆机构运动时惯性力及冲击更小,运行更平稳,容易实现特定运动规律。

目的为实现清淤装置的轻量化和提高工作可靠性,以参数优化和拓扑优化结合的方法对清淤盘进行静、动态特性研究.方法优化前通过有限元分析确定优化目标和顺序优化方法;以质量最小化作为优化目标,以应力和柔度作为约束条件建立参数优化数学模型,对基盘进行参数化优化;以柔度最小作为优化目标,以体积缺省比和应力作为约束条件,建立拓扑优化模型,对清淤盘进行拓扑优化;最后对优化后的清淤盘进行静、动态有限元对比分析.结果优化后,结构的质量减轻了37.94%;迎水面积大幅减小;最大变形改变量分别为3.04%和11.07%;结构应力分别降低了55.24%和87.97%.结论清淤盘的优化达到了轻量化和减小迎水率的目的,结构刚度、强度均满足设计要求,且动态性能有所提高.