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作者：王国锐;闫宏伟;寇子明;卫红梅;任浩杰;马耀辉;
单位：中北大学机械工程学院;太原理工大学机械工程学院;
摘要：矿用履带式管道机器人依靠履带与管壁之间较大的接触面积，具备良好的越障能力和运行稳定性，适用于复杂和多变的管道环境。目前矿用履带式管道机器人存在结构复杂、不能主动控制变径尺寸、机器人牵引越障性能差等问题。提出一种矿用变形履带式管道机器人，可自适应DN180—DN220管道环境。该机器人包括1个中心变径模块和3个履带足模块。每个履带足模块配备独立驱动电动机，驱动电动机的输出轴通过锥齿轮传递转矩，带动履带足同步轮旋转，从而给机身提供前进动力。履带足模块可变形抬升，从而通过台阶式障碍物。中心变径模块可通过电动机和回压弹簧调节连杆伸缩，保证履带足与管壁间的正压力，使机器人与管道中心线对齐，达到柔性变径效果。建立了管道机器人在水平、倾斜、有障碍物管道中及拖缆情况下的牵引动力学模型，通过分析得出：管道机器人成功越障的关键是履带足模块的驱动电动机需同时满足履带足抬升转矩、前轮旋转转矩及克服摩擦和拖缆阻力3个动力学约束。仿真结果表明：(1)模拟工业管道环境，得出该管道机器人机身最佳弹簧弹性系数为4 N/mm。(2)模拟越障情景，得出该管道机器人能够通过最大台阶式障碍物高度为15 mm，此时电动机转矩达到峰值，约为340 N·mm。实验结果表明：该管道机器人的牵引力平均值为58 N，能成功越过15 mm障碍物，越障过程中驱动电动机电流稳定，符合仿真模拟结果和机器人设计要求，验证了该管道机器人结构设计合理，并具有优越的牵引性能。
关键词：履带式管道机器人;;变形式履带;;中心变径模块;;履带足模块;;牵引性能;;越障
基金资助：山西省科技合作交流专项项目(202104041101001);; 中央引导地方科技发展资金项目（YDZJSX2024C011）
