管道机器人行走装置运动性能稳定性研究.pdf

管道机器人是一种用于清理城市排污管道中沉积物的特种机器人，具有重要的实用价值和研究意义。本文旨在研究管道机器人行走装置运动性能的稳定性，特别是针对行走装置中的变径弹簧系统进行详细研究。为了确保清淤作业的稳定性和高效性，研究者们构建了力学模型并利用仿真软件对弹簧刚度进行了分析，同时采用实验验证方法来确保研究结果的准确性。 在研究中，首先对清淤机器人进行了力学建模和仿真分析，这涉及了静力学数学模型的建立，该模型针对行走机构在不同姿态下的表现进行了建模。仿真分析是使用MATLAB软件进行的，通过它来研究弹簧刚度的可行区域，这一步骤对于设计出合适的弹簧系统至关重要。弹簧刚度的选取将直接影响到机器人的运动性能和稳定性。 接下来，为了进一步分析动力学稳定性问题，研究者们采用了ADAMS仿真软件。ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）是一种基于虚拟样机技术的多体动力学仿真软件，可以用来分析机械系统的运动学和动力学特性。通过ADAMS软件，研究者们能够搭建起稳定性实验平台，从而对行走装置的动态性能进行仿真模拟，进一步验证之前力学建模和静力学分析的正确性。 通过运动仿真，得到了弹簧刚度系数的可行区域，而动力学分析则获得了行走机构的径向摩擦力和轴向摩擦力大小。径向摩擦力和轴向摩擦力是影响机器人运动稳定性的重要因素，它们不仅关系到机器人是否会发生侧滑现象，还关系到机器人是否能够承载足够的重量来完成清理工作。实验验证了弹簧刚度的可行区域和仿真结果的正确性，从而确保了机器人行走装置的稳定性和可靠性。 研究结果表明，在适当选取弹簧刚度系数的情况下，径向摩擦力产生的总力矩大于电机的驱动力矩，这样可以避免行走过程中发生侧滑现象，保证了机器人的横向稳定性。同时，轴向摩擦力大于行走机构所能承受的最大负载，这就意味着机器人在清淤作业中能够适应不同的负载需求，满足行走清淤作业的要求。动态性能稳定意味着机器人在实际操作过程中能够保持良好的运动性能，不会因为各种外在因素而影响到清淤作业的效率和质量。 本文的研究不仅为管道机器人的设计和改进提供了理论依据，还通过实验验证了仿真的有效性。在关键词中，提到了管道清淤机器人、动力特性、稳定性以及仿真分析，这些都是本研究的核心内容。文中还提到了作者的背景信息，罗继曼教授具有丰富的机器人设计及工程机械研究经验。 随着现代化进程的加快，城市中各种管道的建设和维护需求日益增加，管道机器人的应用前景十分广阔。本文的研究成果不仅有助于解决当前面临的管道清淤问题，也对促进机器人技术在其他领域的应用和推广具有积极的意义。