【正文】 經(jīng)不能滿足其發(fā)展的需要。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到傳感器的集成 ,即多種傳感器 (光 ,機(jī) ,電 ,儀 )的綜合運(yùn)用是解決上述問(wèn)題的有效手段。特別是以攝像機(jī)為基礎(chǔ)的視覺傳感器，由于其直觀性，應(yīng)引起足夠的重視。同時(shí)，先進(jìn)的感知算法的研究是必要的，只有將感知算法與傳感器的硬件結(jié)合起來(lái)，形成智能化的傳感器，才能為提高管內(nèi)作業(yè)機(jī)器人的控制水平打下良好的基礎(chǔ)。 （ 3） 高度自治的控制系統(tǒng) 在管道內(nèi)部復(fù)雜的環(huán)境中，為減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，機(jī)器人具有自主能力是必要的。但這有賴于先進(jìn)的傳感器 技術(shù)，特別是管內(nèi)環(huán)境識(shí)別技術(shù)作保證。例如，目前已有人在機(jī)械手控制中引入視覺伺服技術(shù)，即利用視覺傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的位置閉環(huán)控制。視覺對(duì)管內(nèi)機(jī)器人具有重要意義，利用視覺 ,可以： ①確定作業(yè)位置； ②識(shí)別管內(nèi)環(huán)境 (是否拐彎 ,是否有枝杈等 )； ③識(shí)別機(jī)器人的姿態(tài) (是否有轉(zhuǎn)體 ,相對(duì)于作業(yè)位置的距離等 )。 在管內(nèi)作業(yè)機(jī)器人中采用視覺伺服技術(shù) ,可以有效地克服現(xiàn)有傳感器的不足，有利于提高其控制性能和自主能力 ,并對(duì)其智能化進(jìn)程有重要意義。目前的關(guān)鍵問(wèn)題是如何提高圖像處理的速度，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能的引入將有助于解決這一問(wèn)題。 另外，先進(jìn)的控制策略，如路徑規(guī)劃，控制器參數(shù)的在線優(yōu)化等的研究也必將使管內(nèi)作業(yè)機(jī)器人的智能化水平得到進(jìn)一步的提高。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 8 頁(yè) 共 35 頁(yè) 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，達(dá)到溫習(xí)鞏固以前所學(xué)的所有知識(shí)，并將其在實(shí)際設(shè)計(jì)中加以的運(yùn)用。熟悉一般工程設(shè)計(jì)的步驟方法：調(diào)研收集資料，方案論證比較，確定方案，完成管道涂層厚度檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)，繪制裝配圖及零件圖等圖紙。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 9 頁(yè) 共 35 頁(yè) 2 總體方案的設(shè)計(jì) 要求 該設(shè)備能在管道中行走的，采集管道中各處的涂層厚度，采集到的數(shù)據(jù)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳送。本設(shè)計(jì)主要包括行走系統(tǒng)機(jī)構(gòu)、測(cè)量機(jī)構(gòu)和控制部分，要求實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)在管道中行走，行走速度為 。 本次設(shè)計(jì)的管道內(nèi)防腐涂層厚度測(cè)量?jī)x的具體指標(biāo)如下： ： 200mm 2 管道長(zhǎng)度 200m 3涂層測(cè)量范圍 0～ 500181。m 4 誤差177。（ 1177。 3％） 181。m 5行走速度 500mm/min 6 工作環(huán)境溫度 0— 50℃ 該測(cè)量裝置由 行走系統(tǒng)機(jī)構(gòu)、測(cè)量機(jī)構(gòu)和控制部分 構(gòu) 成。 行走機(jī)構(gòu)和測(cè)量機(jī)構(gòu)要通過(guò) 8051 單片機(jī)接受上位機(jī)的控制，進(jìn)行自動(dòng)行走和測(cè)量，并將所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算傳送到上位機(jī)。 行走系統(tǒng)是由一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪減速機(jī)構(gòu)和帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)量裝置的前進(jìn)和后退。測(cè)量機(jī)構(gòu)采用超聲波傳感器，其原理是利用超聲波的反射法，通過(guò)記錄回波信號(hào)的時(shí)間差來(lái)計(jì)算出涂層的厚度。 本裝置中采用兩個(gè)傳感器呈 180176。布置，可同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)點(diǎn)的涂層厚度。 在實(shí)際的測(cè)量中要求隨時(shí)確定測(cè)量裝置的確切位置即測(cè)量裝置在管道內(nèi)行走的距離。 為了得到測(cè)量裝置在 管道中行走的距離，專門設(shè)計(jì)了 計(jì)程輪，此輪上安裝了霍爾元件，通過(guò)霍爾元件采集的脈沖數(shù) 可得到輪子所轉(zhuǎn)圈數(shù)，從而得出測(cè)量裝置行進(jìn)的距離 。 控制系統(tǒng)以單片機(jī) 8051 為中心，它控制著直流電機(jī) — 機(jī)器人的動(dòng)力源的前進(jìn)、后退和停止 、 2 個(gè)傳感器的通斷，并將厚度信號(hào)和轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行處理， 傳送給上位機(jī)，接受上位機(jī)的監(jiān)控。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 10 頁(yè) 共 35 頁(yè) 其框圖如下： 圖 5 測(cè)量裝置整體框圖 計(jì)算機(jī) 接口電路 8051 單片機(jī) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電 路 霍爾元件 兩 個(gè)傳感器 繼電器開關(guān) 處理電路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 11 頁(yè) 共 35 頁(yè) 3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 微型管道機(jī)器人采用了有纜驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式 ,其運(yùn)動(dòng)機(jī)理由 兩組車輪沿徑向呈三等分均布 ,其中四個(gè)從動(dòng)輪在扇形齒輪的作用下被支撐在管道的內(nèi)壁上，另外兩個(gè)則是驅(qū)動(dòng)輪。電機(jī)帶動(dòng)錐齒輪旋轉(zhuǎn)，從而使得裝有皮帶輪的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，車輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。由于車輪與管壁之間的摩擦力，車體便可以在管中前進(jìn)或后退。尾部還有一個(gè)柔性的計(jì)程輪，其作用： 。 ，保持平衡。 機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊和較大的負(fù)載能力 ,滿足管道內(nèi)行走的基本條件。移動(dòng)機(jī)構(gòu)的前后兩組支撐中 ,三個(gè)車輪都是沿徑向均勻分布的 ,而前后兩部分都是沿軸向?qū)ΨQ的 ,支撐點(diǎn)共六個(gè) ,因此滿足形封閉條件。當(dāng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)行走時(shí) ,三個(gè)輪子呈徑向均勻分布 ,三點(diǎn)確定一個(gè)平面 ,三點(diǎn)始終在一個(gè)圓柱面上 ,因此可以實(shí)現(xiàn)自定心 ,在支撐裝置的作用下 ,驅(qū)動(dòng)輪被緊緊壓在管道內(nèi)壁上 ,具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。整個(gè)系統(tǒng)由于利用了對(duì)稱性 ,抵消了機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各方面不平衡力偶的干擾 ,從而使所有的力集中到電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)軸線上所在的豎直平面上 ,同時(shí) ,又在通過(guò)電機(jī)軸線的豎直平面上保證機(jī)器人的重心與電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)軸心之間適當(dāng)?shù)木嚯x ,從而保證了整個(gè)機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中的平穩(wěn)性。 由于管道的直徑很小，所以根據(jù)尺寸選擇 j55ZYT— PX微型減速電機(jī)。其減速比為 14r/min。輸出轉(zhuǎn)矩 。 其計(jì)算過(guò)程為： 車輪與管壁的摩擦系數(shù)為 ? = 車體的重量為 50kg G=mg=50179。 10N=500N 壓緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的壓緊力為 500N 則： 車體對(duì)管壁的正壓力 N=1000N F=μ N=179。 N=800N 電動(dòng)機(jī)所需要的工作功率為 8 0 0 0 . 5 0 . 0 0 6 6 k w 6 . 61 0 0 0 1 0 0 0 6 0wwFvpw? ?? ? ? ?? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 12 頁(yè) 共 35 頁(yè) 20 .9 7 0 .9 9 0 .9 5a? ? ? ? 6 .6 6 .9 7 4 2 00 .9 5wdapp w w?? ? ? ? 各軸輸入功率為： 01 0. 97 6. 97 4 6. 76 5Idp p w?? ? ? ? ? 21 2 1 1 2 0 . 9 9 6 . 7 6 5 6 . 6 9 7II Ip p p w??? ? ? ? ? ? ? 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩： 6 . 9 7 49 5 5 0 9 5 5 0 4 . 7 5 .14ddmpT N mn? ? ? ? ?