23、管道检测机器人与气动人工肌肉的设计与分析

管道检测机器人与气动人工肌肉的设计与分析

管道检测机器人的机械结构设计

1. 传感器支撑机制
   传感器最初以 45° 方向绕管道圆周进行第一次轨迹运动，随后与支撑结构一起进行 90° 角旋转，在第二次圆周轨迹运动中达到 -45° 的最终位置，在这两个过程中都会对信息进行检查和记录。传感器通过一端使用两个垫圈、两个螺母和一个锥形垫圈进行紧固，以适配支撑机构。MFL 传感器由密度为 7650 kg/m³、长 120 mm、高 20 mm、宽 50 mm 的硅铁（电工钢）中心芯组成，其两端各有一个 20 mm 厚的钕硼铁磁体，用于在管壁中产生磁通量。
2. 辅助轮机制
   辅助轮为全向轮，轴向定向，在圆周运动时方向不变。全向系统由可随运动转动的小自由轮组成，摩擦系数为 0.35，无需额外用力即可提供理想的抓地力。机器人共有三个轮子，包括一个主轮和两个辅助轮，所选全向轮直径为 50 mm，厚度为 22 mm，可支撑 5 kgf 的重量，具有良好的抓地性能。
3. 机器人对管道的扩展系统
   扩展系统旨在适配直径为 6 - 12 英寸（0.1524 - 0.3048 m）的管道，由两部分组成：
   • 两点可调杠杆：杠杆固定在第一位置时，弹簧使结构适应 6 - 9 英寸直径的管道；固定在第二位置时，适应 9 - 12 英寸直径的管道。
   • 轮子和传感器支撑中的弹簧：每个机构有四个弹簧，弹簧正常刚度为 234.1 N/m，最大压缩 1.5 英寸（0.0381 m）时施加 70 N（7.14 kgf）的力。通过