潜游式管道机器人动力学分析

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2010.08.013

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2010, Vol. 38 ›› Issue (8): 66-71.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2010.08.013

潜游式管道机器人动力学分析

赵大旭^1,2 陈柏^1,2 吴洪涛^1,2 田富洋^1,2

1.南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室, 江苏南京210016；2.南京航空航天大学机电学院, 江苏南京 210016

收稿日期:2009-10-28 修回日期:2009-12-17 出版日期:2010-08-25 发布日期:2010-08-25
通信作者: 陈柏（1978-），男，副教授，主要从事机器人研究．E-mail：chenbye@126．Com. E-mail:daxu@nuaa．edu.cn
作者简介:赵大旭（1974-），男，博士生，主要从事机器人研究．
基金资助:
国家自然科学基金资助项目（50605033）;南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目（NS2010119）

Dynamic Analysis of Submersible In-Pipe Robot

Zhao Da-xu ^1.2 Chen Bai ^1.2 Wu hong-tao ^1.2 Tian Fu-yang ^1.2

1. Jiangsu Key Laboratory of Precision and Micro-Manufacturing Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, Jiangsu, China; 2. College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, Jiangsu, China

Received:2009-10-28 Revised:2009-12-17 Online:2010-08-25 Published:2010-08-25
Contact: 陈柏（1978-），男，副教授，主要从事机器人研究．E-mail：chenbye@126．Com. E-mail:daxu@nuaa．edu.cn
About author:赵大旭（1974-），男，博士生，主要从事机器人研究．
Supported by:
国家自然科学基金资助项目（50605033）;南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目（NS2010119）

摘要/Abstract

摘要： 分析了管道机器人在充满液体的管道中运行时的受力状况，在此基础上建立了基于欧拉参数（四元数）的潜游式管道机器人六自由度空间运动的动力学模型。对于在特定的三维弯管道内沿规划路径游动的机器人，通过流体力学仿真软件Fluent计算出机器人的流场阻力并代入该动力学模型，在Mathematica环境下可计算出机器人的受力．利用该模型进行的动力学仿真得到了机器人在确定形状的弯曲管道中游动时所需的驱动力．欧垃参数（四元数）的引入有效地避免了奇异性．

关键词: :微型游动机器人, 管道, 动力学模型, 流体阻力, 仿真

Abstract:

According to the force conditions of a submersible robot swimming in a fully-filled pipe, a dynamic model describing the 6-DOF （ Degree of Freedom） spatial motion of the robot is established based on Euler parameters （quaternion）. Then, for a robot swimming along the planned trajectory in a specific three-dimension pipeline, the fluid resistance is calculated with the CFD simulation software Fluent and is substituted into the proposed model to obtain the forces of the robot in the Mathematica environment. Moreover, a dynamic simulation utilizing the proposed model is performed to obtain the needed driving force when the robot swims in a determined crooked pipeline. With the use of Euler parameters （ quaternion）, singularities are effectively avoided.

Key words: micro swimming robot, pipe, dynamic model, fluid resistance, simulation

赵大旭陈柏吴洪涛田富洋. 潜游式管道机器人动力学分析[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2010, 38(8): 66-71.

Zhao Da-xu Chen Bai Wu hong-tao Tian Fu-yang . Dynamic Analysis of Submersible In-Pipe Robot[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2010, 38(8): 66-71.

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Dynamic Analysis of Submersible In-Pipe Robot

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