【正文】 管和支岔管的通過(guò)性不佳 .輪式載體的主要缺點(diǎn)是牽引力的提高受到封閉力的限制 .圖 2 所示為日本的 等研制的輪式螺旋推進(jìn)管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人。 1986 到 2b00 年期間美國(guó)天然氣管道發(fā)生事故 1184 起，造成 55 人死亡、 210 人受傷，損失約 2. 5 億美元。 世界上約有 50%的長(zhǎng)距離運(yùn)輸管道要使用幾十年、甚至上百年時(shí)間，這些管道大都埋在地下、海底。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 1 頁(yè) 共 35 頁(yè) 1 引 言 管道運(yùn)輸是當(dāng)今五大運(yùn)輸方式之一，已成為油氣能源運(yùn)輸工具。由于內(nèi)外介質(zhì)的腐蝕、重壓、地形沉降、塌陷等原因，管道不可避免地會(huì)出現(xiàn)損傷。因此，研究管道無(wú)損檢測(cè)自動(dòng)化技術(shù)，提高檢測(cè)的可靠性和自動(dòng)化程度，加強(qiáng)在建和在役運(yùn)輸管道的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，對(duì)提高管線運(yùn)輸?shù)陌踩跃哂兄匾饬x。 (2) 履帶式管內(nèi)機(jī)器人 履帶式載體附著性能好 ,越障能力強(qiáng) ,并能輸出較大的牽引力 .為使管內(nèi)機(jī)器人在油污、泥濘、障礙等惡劣條件下達(dá)到良好的行走狀態(tài) ,人們又研制了履帶式管內(nèi)機(jī)器人 .但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,不易小型化 ,轉(zhuǎn)向性能不如輪式載體等原因 ,此類機(jī)器人應(yīng)用較少 .圖 2所示為日本學(xué)者佐佐木利夫等研制的履帶式管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人 [13],其驅(qū)動(dòng)輪可變角度以適應(yīng)管徑的變化 ,可通過(guò)圓弧過(guò)渡的 90 度彎管 . 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 3 頁(yè) 共 35 頁(yè) 圖 2輪式螺旋推進(jìn)管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人 總體結(jié)構(gòu)圖 圖 3 輪式螺旋推進(jìn)管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖 (3) 振動(dòng)式管內(nèi)機(jī)器人 振動(dòng)可以使物體的位置改變 ,根據(jù)這一原理 ,日本學(xué)者森光武則等提出了的振動(dòng)式管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人。哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄧宗全教授在國(guó)家 863”計(jì)劃課題“ X 射線檢測(cè)實(shí)時(shí)成像管道機(jī)器人的研制”的支持下，開展了輪式行走方式的管道機(jī)器人研制，如圖 3 所示。 5mm。其主要包含 20mm 內(nèi)徑的垂直排列工業(yè)管道中的機(jī)器人機(jī)構(gòu)和控制技術(shù) (包括螺旋輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)、行星輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)和壓電片驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)等 )、機(jī)器人管內(nèi)位置檢測(cè)技術(shù)、渦流檢測(cè)和視頻檢測(cè)應(yīng)用技術(shù) ,在此基礎(chǔ)上構(gòu)成管內(nèi)自動(dòng)探測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)。目前也有便攜式測(cè)厚儀 ,適合在現(xiàn)場(chǎng)使用。磁吸力測(cè)厚法的測(cè)厚原理 : 永久磁鐵 (測(cè)頭 )與導(dǎo)磁鋼材之間的吸力大小與處于這兩者之間的距離成一定比例關(guān)系 ,這個(gè)距離就是覆層的厚度。當(dāng)拉力剛好大于吸力 ,磁鋼脫離的一瞬間記錄下拉力的大小即可獲得覆層厚度 [2]。利用磁感應(yīng)原理的測(cè)厚儀 ,原則上可以測(cè)量導(dǎo)磁基體上的非導(dǎo)磁覆層厚度 ,一般要求基材導(dǎo)磁率在 500 H /m 以上。 （ 2）電渦流測(cè)厚 渦流測(cè)厚儀是根據(jù)涂鍍層與基體材料的導(dǎo)電性有足夠的差異來(lái)進(jìn)行金屬基材上涂覆層的物性膜厚來(lái)測(cè)量的。這個(gè)反饋?zhàn)饔昧勘碚髁藴y(cè)頭與導(dǎo)電 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 6 頁(yè) 共 35 頁(yè) 基體之間距離的大小 ,也就是導(dǎo)電基體上非導(dǎo)電覆層厚度的大小。 采用電渦流原理的測(cè)厚儀 ,主要是對(duì)導(dǎo)電體上的非導(dǎo)電體覆層厚度的測(cè)量 ,但當(dāng)覆層材料有一定的導(dǎo)電性時(shí) ,通過(guò)校準(zhǔn)也同樣可以測(cè)量 ,只是要求兩者的導(dǎo)電率之比至少相差 3～ 5倍 (如銅上鍍鉻 ) 。而 FN 型探頭同時(shí)具有 F和 N型探頭的功能 ,利用兩用型探頭 ,可實(shí)現(xiàn)在磁性和非磁性基體上自動(dòng)轉(zhuǎn)換測(cè)量 [3] 。反射部分會(huì)被感應(yīng)器接收 ,傳遞的振動(dòng)波繼續(xù)傳遞到底材 ,同樣經(jīng)歷著所有材料界面間的反射、傳遞過(guò)程。新型的超聲波測(cè)厚儀可以一次測(cè)量即可測(cè)定多層涂層的總厚度及指定的各層厚度 ,且精度很高。應(yīng)該指出的是，要解決管內(nèi)機(jī)器人的通過(guò)性問(wèn)題 ,除了要在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面推陳出新之外 ,還應(yīng)該結(jié)合控制方案來(lái)考慮。特別是以攝像機(jī)為基礎(chǔ)的視覺(jué)傳感器，由于其直觀性，應(yīng)引起足夠的重視。例如，目前已有人在機(jī)械手控制中引入視覺(jué)伺服技術(shù)，即利用視覺(jué)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的位置閉環(huán)控制。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 。 3％） 181。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。 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 。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。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。其減速比為 14r/min。 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 5wd app w w?? ? ? ? 各軸輸入功率為： 01 0 .9 7 6 .9 7 4 6 .7 6 5Idp p w?? ? ? ? ? 212 1 12 0. 99 6. 76 5 6. 69 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? ? ? ? ?