【正文】 經(jīng)不能滿足其發(fā)展的需要。經(jīng)過多年的實踐，人們已經(jīng)認識到傳感器的集成 ,即多種傳感器 (光 ,機 ,電 ,儀 )的綜合運用是解決上述問題的有效手段。特別是以攝像機為基礎(chǔ)的視覺傳感器，由于其直觀性，應(yīng)引起足夠的重視。同時，先進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，形成智能化的傳感器，才能為提高管內(nèi)作業(yè)機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擔(dān)，機器人具有自主能力是必要的。但這有賴于先進的傳感器 技術(shù)，特別是管內(nèi)環(huán)境識別技術(shù)作保證。例如，目前已有人在機械手控制中引入視覺伺服技術(shù)，即利用視覺傳感器來實現(xiàn)機械手的位置閉環(huán)控制。視覺對管內(nèi)機器人具有重要意義，利用視覺 ,可以： ①確定作業(yè)位置； ②識別管內(nèi)環(huán)境 (是否拐彎 ,是否有枝杈等 )； ③識別機器人的姿態(tài) (是否有轉(zhuǎn)體 ,相對于作業(yè)位置的距離等 )。 在管內(nèi)作業(yè)機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 ,并對其智能化進程有重要意義。目前的關(guān)鍵問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題。 另外，先進的控制策略，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)機器人的智能化水平得到進一步的提高。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 8 頁 共 35 頁 通過本次畢業(yè)設(shè)計，達到溫習(xí)鞏固以前所學(xué)的所有知識，并將其在實際設(shè)計中加以的運用。熟悉一般工程設(shè)計的步驟方法：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裝置的設(shè)計，繪制裝配圖及零件圖等圖紙。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 9 頁 共 35 頁 2 總體方案的設(shè)計 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)能實現(xiàn)遠程傳送。本設(shè)計主要包括行走系統(tǒng)機構(gòu)、測量機構(gòu)和控制部分，要求實現(xiàn)測量系統(tǒng)在管道中行走，行走速度為 。 本次設(shè)計的管道內(nèi)防腐涂層厚度測量儀的具體指標如下： ： 200mm 2 管道長度 200m 3涂層測量范圍 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℃ 該測量裝置由 行走系統(tǒng)機構(gòu)、測量機構(gòu)和控制部分 構(gòu) 成。 行走機構(gòu)和測量機構(gòu)要通過 8051 單片機接受上位機的控制，進行自動行走和測量，并將所測得的數(shù)據(jù)進行整理計算傳送到上位機。 行走系統(tǒng)是由一個直流電動機通過齒輪減速機構(gòu)和帶傳動驅(qū)動兩個驅(qū)動輪，從而實現(xiàn)整個測量裝置的前進和后退。測量機構(gòu)采用超聲波傳感器，其原理是利用超聲波的反射法，通過記錄回波信號的時間差來計算出涂層的厚度。 本裝置中采用兩個傳感器呈 180176。布置，可同時測量兩個點的涂層厚度。 在實際的測量中要求隨時確定測量裝置的確切位置即測量裝置在管道內(nèi)行走的距離。 為了得到測量裝置在 管道中行走的距離，專門設(shè)計了 計程輪，此輪上安裝了霍爾元件，通過霍爾元件采集的脈沖數(shù) 可得到輪子所轉(zhuǎn)圈數(shù)，從而得出測量裝置行進的距離 。 控制系統(tǒng)以單片機 8051 為中心，它控制著直流電機 — 機器人的動力源的前進、后退和停止 、 2 個傳感器的通斷，并將厚度信號和轉(zhuǎn)換信號進行處理， 傳送給上位機，接受上位機的監(jiān)控。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 10 頁 共 35 頁 其框圖如下： 圖 5 測量裝置整體框圖 計算機 接口電路 8051 單片機 電機驅(qū)動電 路 霍爾元件 兩 個傳感器 繼電器開關(guān) 處理電路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 11 頁 共 35 頁 3 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 微型管道機器人采用了有纜驅(qū)動的驅(qū)動方式 ,其運動機理由 兩組車輪沿徑向呈三等分均布 ,其中四個從動輪在扇形齒輪的作用下被支撐在管道的內(nèi)壁上，另外兩個則是驅(qū)動輪。電機帶動錐齒輪旋轉(zhuǎn)，從而使得裝有皮帶輪的軸轉(zhuǎn)動，車輪隨之轉(zhuǎn)動。由于車輪與管壁之間的摩擦力，車體便可以在管中前進或后退。尾部還有一個柔性的計程輪，其作用： 。 ，保持平衡。 機器人的移動機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊和較大的負載能力 ,滿足管道內(nèi)行走的基本條件。移動機構(gòu)的前后兩組支撐中 ,三個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 ,支撐點共六個 ,因此滿足形封閉條件。當(dāng)移動機構(gòu)行走時 ,三個輪子呈徑向均勻分布 ,三點確定一個平面 ,三點始終在一個圓柱面上 ,因此可以實現(xiàn)自定心 ,在支撐裝置的作用下 ,驅(qū)動輪被緊緊壓在管道內(nèi)壁上 ,具有較強的適應(yīng)性。整個系統(tǒng)由于利用了對稱性 ,抵消了機器人在運動過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運轉(zhuǎn)軸線上所在的豎直平面上 ,同時 ,又在通過電機軸線的豎直平面上保證機器人的重心與電機運轉(zhuǎn)軸心之間適當(dāng)?shù)木嚯x ,從而保證了整個機器人運行過程中的平穩(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。其減速比為 14r/min。輸出轉(zhuǎn)矩 。 其計算過程為： 車輪與管壁的摩擦系數(shù)為 ? = 車體的重量為 50kg G=mg=50179。 10N=500N 壓緊機構(gòu)產(chǎn)生的壓緊力為 500N 則： 車體對管壁的正壓力 N=1000N F=μ N=179。 N=800N 電動機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 第 12 頁 共 35 頁 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? ? ? ? ?