关于蠕动式管道清洁机器人的设计研究

关于蠕动式管道清洁机器人的设计研究

王仲兴 王亚男

山东协和学院 山东济南 邮编 250107

摘要：本文介绍了蠕动式管道清洁机器人的工作原理，通过对蠕动式管道清洁机器人的整体结构设计和关键技术进行设计研究，不仅解决了管道清洗难的问题，而且促进了可以快速有效地完成管道探伤、勘测技术的发展，节约了清洗管道的水资源和降低了使用成本，提高了管道清洗的效率，适应了不同行业内管道清洗的需求，实现更高效、均匀的清洁，减少了清洗过程中的振动和噪音，满足环保和可持续发展的要求。

关键词：蠕动式管道清洁机器人

随着我国经济的发展，管道的使用越来越普遍，管道中的污垢也随之增多，如果不及时清理将会影响到管道的正常使用，甚至会引发管道事故。针对这一问题，设计了一种蠕动式管道清洁机器人，该机器人采用履带式结构，通过驱动装置驱动履带在管道上运动以实现对管道进行清洁。通过对机器人进行了行走机构、驱动机构、控制系统等方面的研究，设计出一种可在管道内进行清洁的蠕动式管道清洁机器人。

一、整体结构设计

本设计的蠕动式管道清洁机器人采用履带式结构，可以在管道内自由行走，驱动装置为一对驱动轮，可以通过调节驱动轮的转速来改变机器人的行进速度。在管道内部可以通过调整行走轮的转速来改变机器人的行进速度，从而适应管道内不同位置的管道环境。该设计机器人采用四个轮子进行驱动，可以实现行走和转弯运动。机器人在运行过程中还可以通过调整转向轮的转向来适应不同管道内部的环境，从而提高清洁效率，如图1所示。

图1 蠕动式管道清洁机器人结构图

二、行走机构设计

行走机构是整个机器人的核心部件，其性能的优劣直接影响到机器人在管道内的运动状态，进而影响到机器人对管道进行清洁的效果。本文设计的机器人采用履带式结构，履带的长度与管道的直径相匹配，使得机器人在管道内能够沿着管道进行爬行运动。履带采用单根平行四边形结构，由驱动装置驱动其运动。该结构使机器人在移动过程中能够按照所需要的前进速度和前进方向进行运动，以达到最佳的清洁效果。

三、传动系统设计

传动系统主要由两个部分组成，一是驱动机构，二是传动机构。驱动机构主要包括履带传动装置和驱动电机两个部分，其中驱动电机主要由减速机、减速齿轮等部件组成。如图2所示。减速机用于将电机产生的机械能传递给履带，以达到机器人行走的目的。减速齿轮主要由蜗轮蜗杆组成，减速机为蜗轮减速机，该减速机可通过调节蜗轮齿数和蜗杆数目来改变输出轴的转速。履带传动装置主要包括履带、夹紧装置、驱动电机、减速机和传动齿轮等部件。该设计中将两个履带传动装置分别安装在两个驱动机构中，利用夹紧装置将履带与管道相连接，利用驱动电机将履带带动向前运动，从而实现机器人行走的目的。

图2 蠕动式管道清洁机器人传动结构图

四、清洁系统设计

清洁系统主要由电源模块、驱动模块、清洁模块和控制系统组成，采用交流电作为工作电源，驱动电机采用变频电机。清洁系统主要由执行机构、清洁机构和控制系统组成。清洁机构是采用驱动装置驱动履带在管道上运动来完成管道内的清洁，如图3所示。

图3 清洁系统部件图

五、结束语

本文的研究核心聚焦于一款创新的蠕动式管道清洁机器人，该机器人专为应对环境复杂且难以人工介入的小口径直线及弯曲管道而设计。研究通过建立关键部件参数与管道特性之间的数学联系，成功推导出一系列数值关系，这些关系对于指导机器人的设计和验证至关重要。成功设计了一款适用于小管径、复杂弯曲管道的机器人行走机构。对该机构的核心尺寸参数与管道关键几何特征之间的依赖关系进行了深入分析，明确了实现有效蠕动运动所需满足的结构长度、步距以及支撑脚长度等关键条件。对于管道的堵塞物的清洁所做出的设计，解决了管道难以清理，堵塞物难以排除的难题。

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作者简介：

王仲兴，男，汉族，山东省济宁市，2000年11月，本科应届毕业生。

王亚男，女，汉族，山东嘉祥县，1989年2月，研究生，高级工程师，机械设计方向。

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