薛耀勇 张继忠 王庆前 于祥 巩健

摘要： 为了提高管道机器人自动适应管径变化的能力和在管道中的越障能力，本文对管道机器人中的自动适应元件——圆柱螺旋弹簧进行了优化设计。根据管道机器人自适应管径能力、越障能力及机器人自身结构对于弹簧元件的要求，选用螺旋圆柱压缩弹簧，并对其进行初步设计，建立了弹簧结构优化设计数学模型，运用Matlab优化功能对弹簧进行了优化设计。研究结果表明，优化前弹簧质量为171 g，优化后的弹簧质量为145 g，弹簧质量减少了100%，满足管道机器人在适应管径变化过程中对弹簧性能和结构的要求，减少了管道机器人由于自身重力在管道中竖直向上爬升的阻力，增强了管道机器人的爬升性能。该研究为以后管道机器人的开发奠定了理论基础。

关键词： 管道机器人； 自适应； 弹簧； 设计； 优化

中图分类号： TP242.2； TH135+.1文献标识码： A

收稿日期： 20170428； 修回日期： 20170825

作者简介： 薛耀勇（1992）， 男， 山东东营人， 硕士研究生， 主要研究方向为机械设计及理论。

通讯作者： 张继忠（1964）， 男， 教授， 主要研究方向为机械系统数字化设计。Email： zjzqdu@163.com管道作为一种有效输送物料的工具，广泛應用于石油和天然气等众多工业领域中，而管道机器人作为检测、维护、清洁等管道作业的载体，逐渐得到了比较广泛的应用。管道机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统[1]。……