论文部分内容阅读
在航空航天领域，石油天然气，化工，制冷，核发电，军事装备，生物医学行业等领域使用着形状各异的管道。所以管道检测和维修对于各种行业领域而言是一个重要的前提。很多情况下，管道的损伤、失效对设备运行及生产过程中人身、财产、环境安全产生很大的威胁，甚至灾难性的后果。管道的检测如同人体健康检查一样是非常重要的工作。目前用于管道检测的技术有很多，而管道机器人由于应用前景广泛，是管道检测装置研究的热点。 对于管道机器人，驱动装置有很多使用的方式，但压电驱动器是一个比较有优势的选择。压电驱动器由于其定位精度高、输出力大、响应速度快、体积小的优点，有望用作管道机器人的驱动装置使其达到更加优异的性能。但目前压电驱动管道机器人正在面临一些困难:(1)如何设计管道机器人的驱动系统结构使其能够在管道内自由运动。(2)如何提高压电驱动管道机器人的运动速度。本文以压电驱动器和柔顺放大机构的设计来解决这上面问题。 本文初步考虑机器人在较小的管道运行，对于这样的工作要求，柔顺位移放大机构是一个优先的选择。柔顺放大系统的研究现状主要通过伪刚体设计方法提出的柔顺机构，但分析过程中得到的结果不太理想。原因在于有限元分析中他使用的是线性有限元分析可能导致结果不够准确。本文使用几何非线性有限元分析对他所提出的系统进行分析并与其得出结果进行比较。然后对于柔顺机构的设计提出一个更可靠的有限元分析工具。 通过几何非线性有限元分析方法可获得柔顺位移放大机构的放大比随着输入位移变化的曲线图，同时进行实验来验证有限元分析的结果。通过有限元分析结果和实验的结果的比较，可以证明几何非线性有限元分析对于柔顺位移放大机构是一个可靠的测验方法。同时可以得出另外一个结论，即几何非线性有限元分析是柔顺位移放大机构分析流程中的一个必要的工具。 确定柔顺放大机构的震动特性是一个必不可少的分析步骤。本文通过有限元分析中的模态分析方法，将考虑机构预应力分析得到的结果和实验中所获得的振动频率进行比较来验证模态分析的准确性。 最后对于柔顺位移放大机构提出一个可靠的分析过程。此过程可当作柔顺机构伪刚体设计方法的一个广泛的设计方法。