管道射线探伤机器人结构设计
图3-2 管道机器人适应管径示意图
Fig.3-2 Schematic diameter pipeline robot to adapt
其次，机器人履带足部关节可以调节，使机器人整体高度降低，从而可以进入更矮小的管道，完成相应的作业，增强了机器人的适应性。机器人调整高度过程如图3-3所示。
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青岛科技大学本科毕业设计（论文）
图3-3 管道机器人高度调整示意图
Fig.3-3 Schematic diagram of pipeline robot height adjustment
3.2适应管径功能
普通双履带式机器人在圆管行进过程中，履带与管壁只是线接触甚至点接触，使管道机器人的牵引力受到了很大影响。所以圆管内移动机构应能根据管径不同调整位置，使履带足面可以充分与管壁接触，从而保证机器人有足够的牵引力。
对于圆形管径变化的情况，一般同一输油管道中，管道的尺寸较统一，突然变径的情况较少见，同时考虑到研发的成本和管道实际情况， 本课题提出的管道机器人移动机构具有可调整适应管径功能，以解决不同管径环境下，履带与管壁接触不良的难题，如图3-4所示，其基本原理是，事先根据管道的实际情况，调节长螺栓使得机器人的两个摆腿作横向摆动而张开，再调节履带足和摆腿的连接关节，确保履带足的履带面与管壁保持充分接触，以提供履带机器人行走时必要的摩擦力。
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图3-4 管道机器人管径调整示意图
Fig.3-4 Schematic diagram of the robot to adjust pipe diameter
如图3-4所示，设机器人机体宽度b，腿长a，履带足关节距履带底面x，履带足关节距履带足中心线p，两侧摆腿角度均为0?。一般来说履带宽度远小于管道半径，所以可以近似的认为圆心O到履带足中心线底部O1的连线为管道半径。履带足装置置于摆腿之外时，可视为一个宽度为B，摆腿长度为A的等效机构，如图3-5所示。
可以根据几何关系算得：
2p （3-1） cos? A=a+x-ptan? （3-2）
B=b+
则相应的管径为：
bcos??2p+a+x-ptan? （3-3）
sin2?该式可以在做结构设计时选用尺寸参数，也可用于确定机器人的适用管道
R=
范围。
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图3-5 管道机器人简化机构图
Fig.3-5 Simplified organization chart pipe robot
图3-6 管道机器人受力分析图 Fig.3-6 Force diagram pipeline robot
如图3-6所示为管道机器人在圆形管道内的受力分析，图中G为机器人机重，N为管壁对机器人履带的支撑反力。根据力平衡关系易得管道壁面对履带
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的正压力N与摆腿摆角?的关系为：
G （3-4） 2cos?随着摆角?的增大，管道壁面对履带的正压力N也随之增大，当摆角?为
N=
90时，N将为无穷大。因此机构设计时限定摆角?不超过60?，并由此确定机器人能进入的最小管道直径?27?。
?3.3高度调整功能
将机器人两腿向两侧对称摆开，再调整机器人履带足的相对位置，即可降低机器人的整体高度，如图3-7所示。
图3-7 管道机器人高度调整示意图
Fig.3-7 Schematic diagram of pipeline robot height adjustment
设机器人机体宽为b，腿长为a，机器人摆腿角度为?，履带足部关节到地面距离为x，尺寸如图3-8所示。
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