青岛科技大学本科毕业设计（论文）
图3-8 管道机器人高度调整尺寸示意图
Fig.3-8 Schematic diagram of pipeline robot height adjustment size
设机器人原始高度为H，调整后高度为h，则
H=a+x （3-5） h=acos?+x （3-6） 高度差△h为：
△h=H-h=a（1-cos?） （3-7）
此时机器人两侧履带宽度变为b+2asin?，因此当机器人高度降低后，弯管的通过性会发生变化，对于进入扁平管道的机器人要注意管道宽度是否满足要求?27?28?。
3.4车载传感器
红外摄像机：
日/夜两用,在正常光线下和普通摄像机一样工作;在无光线情况下红外灯自动打开,摄像机进入夜色视状态。
气体传感器：
一氧化碳、二氧化碳、氮气、甲烷等四种传感器，需要时可增加气体传感器种类。
测距传感器：
测距传感器采用红外测距传感器，分别安装在机器人的两侧和最前端，分别测出机器人到两侧管道或障碍的距离和到正前方管道或障碍的距离。
机器人倾斜传感器：
当机器人在X’O’Y’、Y’O’Z’平面倾斜时，机器人倾斜传感器就可以检测出两个方面的倾斜角，分别是管道轴线的水平面和管道轴线垂直面，机器人倾斜传感器采用数字式倾斜计，安装在机器人的中央主箱体内，用于测量机器人管道截面上与垂直线的夹角。
电机编码器：测量电机转动角度值。
3.5摆腿设计
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管道射线探伤机器人结构设计
图3-9 管道机器人摆腿设计示意图 Fig.3-9 Schematic design of pipeline robot leg swing
在机器人移动机构中，摆腿的作用是不容忽视的。摆腿有两个关节，一个是与机体连接处，一个是与履带足连接处，分别实现适应管径和调整高度的作用。
如图3-9所示，由于自适应管径是自主适应，而进入扁平管道是需要手工调节的，故关节l，关节2为手动调节。关节1的设计应该遵循机械传动的基本规则和原理，关节2在设计时应考虑到手工操作的方便性以及调整以后结构的自锁性。
3.6履带的越障碍分析
履带行走装置的越野通过性是指在不用任何辅助装置而能克服各种天然和人工障碍的能力，履带的通过性主要取决于履带本身的性能参数和几何参数。履带通过性的评价性能主要由跨越壕沟和克服垂直壁。
对于不同结构形式的履带行走装置，它们的越障碍性能也不同。一般来说双节式要比单节式具有更好的越障碍性能，针对本课题的管道机器人，对单节
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式的进行分析。 3.6.1跨越壕沟能力
1）跨越水平壕沟
履带通过壕沟的宽度与履带的接地长度，重心位置有关。
克服壕沟可以用静力法（即履带缓慢行驶）和动力法（履带高速行驶或利用动能来克服）。壕沟的静力克服受履带稳定性丧失的限制。稳定性的丧失是在履带的重力作用线超出负重面的界限的情况下发生。如果重力作用线是在车首和对面壕壁之前超出负重面的，那么履带行走装置的前部就落入壕沟中。如果重力作用线还未到达对面的壕壁，而履带行走装置的尾部已经和第一壁脱离，那么履带行走装置的尾部就落入壕内。
所以用静力法克服壕沟的可能性决定于履带行走装置两端支撑点和履带重心在行驶平面上的投影间的距离。
3-11履带行走装置以静力法通过壕沟
Fig.3-11 Walking device to track through the trenches of static method
如图3-11所示，如果要克服宽为B=b。且a
用动力法克服壕沟就是以较高的速度驶过壕沟，这样可以增加越壕的宽度。在履带高速通过壕沟时，当第一负重轮脱离支撑面后，车体便开始向沟底下倾。显然，如果履带的行驶速度越高，在同一距离内，履带车体前部向沟底下落的程度便越小。
应用动力法克服壕沟两边缘的相互位置和形状有很大的关系，如果壕沟的
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管道射线探伤机器人结构设计
前边缘比后边缘高则难以克服，反之则较容易克服。如果后边缘成下坡的斜面，则不易通过。如果上坡状斜面，则较易克服。
3-12壕沟边缘呈坡状时越壕
Fig.3-12 When the trench edges like the more trench slope
2）跨越坡度壕沟?29?
现在只研究静力克服法。上坡克服壕沟的第一阶段（即履带前端跨过壕沟时）与克服水平地面上的壕沟比起来，车辆中心是不容易超过后边缘的。因此就第一阶段来说，履带能够克服的壕宽为
A=a+hgtg? （3-8）
式中 ?—上坡坡度角；
hg—履带行走装置重心高度；
可是在第二阶段，履带行走装置尾端跨过壕沟时，履带行走装置可以克服的壕宽将减少为：
A=a-hgtg? （3-9）
所以，履带在上坡时克服壕宽较在水平地面上要小。 反之，履带在下坡时第一阶段能克服的壕宽较平地时要减小。
图3-13跨越有坡度的壕沟
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青岛科技大学本科毕业设计（论文）
Fig.3-13 More trenches in the uphill
3.6.2克服垂直壁能力
履带行走装置克服垂直壁的过程可以分为三个阶段，见图3-14： 第一阶段——前轮升上壁缘；
第二阶段——履带的重心前进至与垂直壁垂线重合的位置； 第三阶段——履带平缓地与垂直壁的顶部平面接触。
图3-14 克服垂直壁的三个阶段
Fig.3-14 To overcome the three stages of the vertical wall
3-15第一阶段的受力分析图
Fig.3-15 Stress Analysis of the first phase of the plan
3-16克服垂直壁时第二阶段的情况
Fig.3-16 Overcome the vertical wall when the second phase of the
第一阶段：在这阶段内，履带先以低速与垂直壁在D点相接触，然后履带行走装置整体发生旋转运动，使履带前部沿垂直壁渐渐上移。此时决定于D点的位置。
当D点低于g点时，履带在触及垂直壁后车体将发生顺时针方向旋转，使
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