【正文】 摘要火炮在發(fā)射后會在身管內(nèi)殘留大量的物質，這些物質受高溫、高壓的與管壁黏貼非常牢固極不易清除，會導致身管內(nèi)壁的腐蝕，進而影響炮的準確性、可靠性并影響身管的使用壽命。這些殘留物主要依靠人工和機械的方法清除，設備笨重、智能化程度低，士兵勞動強度大，效率低，且清不高，不能滿足和適應現(xiàn)代化高科技戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)要求。清洗機器人，該機器人與火炮身管構成一個柔性統(tǒng)，可實現(xiàn)清洗的智能化及管內(nèi)狀況的可視化，不僅極大地減輕士兵的勞動而且可以有效提高火炮身管的維護保養(yǎng)水平和壽命，對提高部隊戰(zhàn)斗力具的軍事和經(jīng)濟效益，具有廣闊的應用前景。關鍵詞：管道清洗 機器人 單片機 自動控制AbstractDue to high temperature and pressure, the remaining substances in the bore after the gun is launched will adhere to the bore firmly and can39。t be removed easily, which will result in erosion of the bore and have an impact on the veracity and reliability of the gun launching as well as its operating life. These substances are removed with manual and mechanical cleaning mainly, which can39。t meet and acmodate with the campaign need of modernization hightech wars because of unwieldy equipment, low intelligentization, over laboring intension of soldiers, low efficiency and cleaning extent.Robot and bore achieves in intelligentization of cleaning and visualization of inner bore, which not only greatly lessens laboring tension of soldiers, but advances maintenance level and operating life of bore as well. It is of bright future in expansive application and of great military and economic benefit in enhancing battle effectiveness of the army. Key words： bore cleaning； robot；single chip microputer；automationII摘要 IAbstract II第一章 緒論 1 1 1 2 3 3 5 5第二章 炮管擦洗機器人總體方案設計 7 7 8 8 9 11 11 11 13 13 13 13第三章 管道清洗機器人詳細設計 15 15 15 16 18 18 18 19 ATmega128介紹 20 21 23 23 23 24 LCD顯示模塊 24 25 25 26 26第四章　系統(tǒng)軟件設計 28 28 PWM調速程序設計 28結論 31 31 31參考文獻 32致謝 33附錄 34IV第一章 緒論現(xiàn)代國防工業(yè)日新月異，武器裝備制造及維護的技術水平直接決定了國家的軍事實力?；鹋谑侵匾奈淦餮b備，身管是火炮的重要組成部分，身管依靠火藥在藥室內(nèi)劇烈燃燒而產(chǎn)生的高溫高壓氣體以一定方式一定速度發(fā)射彈丸，并賦予彈丸初速度、射向以及飛行時的穩(wěn)定性。它的工作條件是極為惡劣和苛刻的，它不僅要承受高溫高壓火藥氣體的作用，還要接受高速運動彈丸的作用?；鹋诘慕Y構和性能很大程度上決定了火炮系統(tǒng)的戰(zhàn)斗性能，身管質量直接影響著使用安全，射擊效果和火炮壽命[l]?；鹋谠诎l(fā)射過程中不僅會在炮膛內(nèi)殘余大量的物質，而且火炮炮彈帶與身管內(nèi)壁間亦會產(chǎn)生大量的粘附物，這些物質受高溫、高壓的作用與管壁黏貼的非常牢固，尤其是線膛炮的“陰線”角落位置的殘留物，極不容易清除，對火炮身管壽命產(chǎn)生很大的影響，當“積留”超過一定程度后，極易產(chǎn)生炸管等事故。為了提高火炮的性能和使用壽命，大型火炮在啟封、發(fā)射炮彈后和封存時都需要進行一定的清洗工作。首先，啟封時需要清除防銹油，以保證火炮的正常工作。其次，在發(fā)射炮彈后需要進行炮膛清洗，因為彈丸運動脫落的殘余物(成分辦主要是銅、鋅、鉛、鋁、鋁氧化物等)以及膛內(nèi)火藥燃燒殘留物如煙灰等石墨殘余物會鉆附在火炮身管的內(nèi)壁，這些殘余物容易導致火炮身管內(nèi)壁發(fā)生腐蝕，進而影響炮彈發(fā)射的準確性、可靠性，影響火炮的使用壽命。最后，在火炮封存時需要清洗炮膛內(nèi)壁并涂抹防銹油，以防止封存后火炮炮膛內(nèi)壁腐蝕。因此，在火炮的啟封、發(fā)射后和封存時進行清洗工作是必不可少的。在炮管生產(chǎn)廠或修復廠，目前采用的是一種拉桿式清洗機床，通過電機和連桿機構帶動拉桿實現(xiàn)往復直線運動，拉桿與炮管等長，拉桿上安裝了清潔用的毛刷，該設備實現(xiàn)了火炮身管擦洗的自動化工作，但必須將炮管從坦克上拆下運至修復廠才能使用，設備占地面積大、重量大，移動不便，無法在部隊營地和野外使用。目前在部隊都是通過數(shù)名戰(zhàn)士推拉通條來進行炮膛擦洗工作，不僅耗費人力，效率低，且清潔程度不高，不能滿足和適應現(xiàn)代化高科技戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)要求。通過國內(nèi)外相關炮管清洗與管道清洗技術方面的專利與文獻的檢索，結合國內(nèi)現(xiàn)有炮管擦拭設備的實際應用調研，現(xiàn)有關于炮管擦拭的方法、裝置和專利，在實際應用中均存在一定的不足。如專利號CN86207922便攜式擦炮設備，主要由少齒插銷軸式行星機構卷揚筒組成，靠人力驅動卷揚筒和鋼絲繩來牽引專用擦炮塞子經(jīng)過整個炮膛進行擦拭，該辦法自動化程度低。，包括驅動電機及控制器、擦拭體及驅動機構等，驅動電機軸通過齒輪組連接的拉繩紋筒，通過兩個電機的轉向控制，拉繩拖拽著擦拭體在炮膛內(nèi)往返擦洗，該方法若電機控制不當容易導致拉繩脫鉤，另外需要兩臺直流電機導致設備重量較大?！耙环N步進式擦炮機器人及其使用方法”，采用步進電機提供驅動力，螺桿和內(nèi)螺紋筒進行步伐式前進或后退，該方法機構較復雜。因此，采用機器人來擦洗炮管。本課題關鍵技術包括機械設計技術、自動控制技術、機器視覺技術等。（1）機械設計技術機械設計技術是智能炮管清洗機器人設計的基礎，是其它技術應用的前提，機械結構、加工等的優(yōu)劣直接決定機器人的性能。經(jīng)典的機械技術借助于計算機輔助設計技術，以及在此基礎上同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，已經(jīng)形成新一代機械制造技術。當前機械設計技術朝著面向市場、面向生態(tài)與環(huán)境要求、面向制造和經(jīng)營管理需求的方向發(fā)展。在機械工程領域，往往根據(jù)機械設計理論、方法和標準、規(guī)范等建立反映工程設計問題和符合數(shù)學規(guī)劃要求的數(shù)學模型，然后采用數(shù)學規(guī)劃方法和計算機技術自動優(yōu)化方案。（2）自動控制技術自動控制技術是指在無人直接參與的狀況下，利用附加裝置(自動控制裝置)使生產(chǎn)過程或生產(chǎn)機械(被控對象)自動地按照某種規(guī)律(控制目標)工作，使被控對象的一個或幾個物理量(如溫度、壓力、流量、位移和轉速等)或加工工藝按照預定要求變化的技術。它包含了自動控制系統(tǒng)中所有元器件的構造原理和性能，以及控制對象或被控過程的特性等方面的知識。自動控制系統(tǒng)的分析與綜合?？刂朴糜嬎銠C(能作數(shù)字運算和邏輯運算的控制機)的構造原理和實現(xiàn)方法。自動控制技術發(fā)展迅速，應用廣泛。是自動化領域的重要組成部分。（3）機器視覺技術[2]～[4]機器視覺技術是近幾十年發(fā)展起來的一種智能技術，機器視覺是一門新興的學科，自上世紀八十年代以來，機器視覺的研究經(jīng)歷了從實驗室研究到實際應用的發(fā)展階段。從簡單的二值圖像處理到高分辨率、多灰度的圖像處理，從普通的二維信息處理到三維視覺機理以及模型和算法的研究都取得了很大的進展。隨著半導體行業(yè)的自動化水平的飛速提升，不斷促進著機器視覺系統(tǒng)的實用化研究。機器視覺的定義是利用一個用以代替人眼的圖像傳感器，獲取目標物體的圖像，然后將此圖像轉換為一個數(shù)據(jù)矩陣，并利用一臺用于代替人腦的計算機來分析圖像并完成一個與視覺有關的任務。機器視覺系統(tǒng)一般采用CCD傳感器攝取檢測圖像并轉化為數(shù)字信號，再利用先進的計算機硬件與軟件技術對數(shù)字圖像信號進行處理，從而得到所需要的各種目標圖像的特征值，并由此實現(xiàn)模式識別等功能。然后再根據(jù)其結果顯示圖象，輸出數(shù)據(jù)，發(fā)出指令，配合執(zhí)行機構完成位置調整，信息篩選，數(shù)據(jù)統(tǒng)計等自動化流程。與人工視覺相比較，機器視覺的最大優(yōu)點是精確、快速、可靠，以及數(shù)字化。機器視覺涉及圖像處理技術、模式識別和人工智能技術、計算機技術等多個領域，這些領域的迅速發(fā)展有力的促進了機器視覺技術的進步。數(shù)字圖像處理技術和模式識別技術是機器視覺的重要組成。自數(shù)字計算機問世以來，數(shù)字圖像處理技術和模式識別技術經(jīng)過多年的發(fā)展和完善，得到了長足的進步和空前的發(fā)展，在工程應用上引起了人們極大的重視。圖像處理技術包括圖像處理和圖像分析兩個方面。模式識別技術是指用計算機實現(xiàn)人的模式識別能力，其作用和目的是根據(jù)某一具體事件的特征，將其正確地歸入某一類別。目前機器視覺技術在醫(yī)療診斷、各類自動檢測與控制、智能機器人等方面得到廣泛應用，取得了巨大的經(jīng)濟和社會效益。當前，管道的檢測和維護工作多采用管道機器人來完成。管道機器人是一種可沿管道內(nèi)壁行走的機械，它可以攜帶一種或多種傳感器以及操作裝置(CCD傳感器、位置和姿態(tài)傳感器、超聲傳感器、渦流傳感器、管道清理裝置、管道裂紋及管道接口焊接裝置、防腐噴涂裝置、簡單的操作機械手等)，通過操作人員的控制來進行一系列的管道檢測和維修作業(yè)。一個完整的管道機器人系統(tǒng)，應由移動載體(行走機構)、管道內(nèi)部環(huán)境識別檢測系統(tǒng)、信號傳遞和動力傳輸系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成，其中移動載體是管道檢測移動機器人的核心部分。管道檢測機器人的工作空間是復雜、封閉的各種管道，包括水平直管、各角度彎管、斜坡管、垂直管以及變徑管接口等，它的運行距離一般也較長[5]。日本、美國、英國、德國等發(fā)達國家在管道機器人技術方面已做了大量的工作，取得了比較突出的成績。其中，日本機器人的發(fā)展經(jīng)過了上世紀六十年代的搖籃期，七十年代的實用期，到八十年代進入普及提高期，并且開始在各個領域內(nèi)廣泛推廣使用機器人。日本管道機器人眾多，其中東京工業(yè)大學航空機械系ShigeoHirose和Hideta一kaohno等于1993年開始研究管道機器人，他們先后研制成功適用于50mm管道的Thes一I、Thes一H型管道機器人和適用于150~管道的Thes一Hl型管道機器人[6]。以下介紹幾種國內(nèi)外的管道機器人。（1）無線貼壁螺旋式機器人圖11為比利時布魯塞爾自由大學根據(jù)東京工業(yè)大學航空機械系的研究成果所研制的無線貼壁螺旋機器人。該機器人由前后兩部分組成，中間通過萬向節(jié)連接。前部分為驅動單元，由三個互成120度的支撐腳組成，每個支撐腳上各有一個具有傾斜角的輪子。后部分為支撐部分，通過中間的電機驅動使前部分在管內(nèi) 旋轉，從而帶動機器人運動。，輪子的傾斜角將產(chǎn)生變化，從而減小行走速度，增加推進力。機器人的前端可以轉載清洗刷，實現(xiàn)對管道的清洗。圖11無線貼壁螺旋式機器人（2）電機驅動輪式機器人圖12是韓國Soosung機械有限公司研發(fā)的炮管自動清洗機器人(韓國專利號:1020060033030，歐洲專利號:EP1845330AI)。該機器人由80a和80b兩個緊貼管壁的輪子旋轉驅動整體前進和后退，其中m為驅動電機，通過減速器100減速后驅動80a和80b，同時通過行星輪系驅動500繞著中心軸200旋轉，在500上裝有刷子，并由610提供清潔油實現(xiàn)對管內(nèi)壁的清洗圖12電機驅動輪式機器人國內(nèi)在管道機器人方面的研究起步較晚，而且多數(shù)停留在實驗室階段。（3）管徑自適應式管道機器人圖13為上海交通大學研制的管徑自適應管道機器人。該機器人由成120度三組平行四邊形輪腿機構驅動[7]，該三組輪腿緊貼管壁，在實現(xiàn)驅動機器人運動的同時能根據(jù)管道內(nèi)徑變化進行自動調整，目前該機器人已用于煤氣管道的探測和維護。圖13管徑自適應式機器人隨著核工業(yè)、化工工業(yè)的不斷發(fā)展，迫使人們