【正文】 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(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。 通過本次畢業(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。2 總體方案的設(shè)計(jì)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。 本次設(shè)計(jì)的管道內(nèi)防腐涂層厚度測(cè)量儀的具體指標(biāo)如下：：200mm 2管道長度200m3涂層測(cè)量范圍0～500181。m 4誤差177。（1177。3％）181。m5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，通過記錄回波信號(hào)的時(shí)間差來計(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)量兩個(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?？刂葡到y(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。其框圖如下：處理電路8051單片機(jī)霍爾元件繼電器開關(guān)兩個(gè)傳感器接口電路計(jì)算機(jī) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 圖5 測(cè)量裝置整體框圖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)。其計(jì)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=5010N=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=1000NF=μN(yùn)=N=800N電動(dòng)機(jī)所需要的工作功率為 各軸輸入功率為： 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩：