【正文】 搭載微型 CCD 和無損檢測傳感器對管道內(nèi)的裂紋和腐蝕缺陷等進行檢測。中南大學(xué)本科畢業(yè)論文 第 2 章 管道檢測作業(yè)機器人的總體方案設(shè)計 14 第 2 章 管道檢測作業(yè)機器人的總體 方案 設(shè)計 本機器人的設(shè)計目標是：符合 φ 300mm石油管道的適用要求和工作環(huán)境，研究石油管道超聲檢測技術(shù)。因國外對智能機器人技術(shù)施行技術(shù)保密，所以我國應(yīng)針對國外智能機器人的不足之處，結(jié)合國內(nèi)的實際情況，在管道內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)方面加大研究的力度，研制開發(fā)出自己的適合我國國情的智能檢測機器人，并進一步提高機器人檢測時的抗干擾能力，完善檢測數(shù)據(jù)的視圖工具。 此外，從國內(nèi)管道技術(shù)公司買進的超聲波機器人和漏磁機器人的使用情況來看，使用超聲機器人檢測的過程中存在的最大問題是 :與國外的石油品質(zhì)相比，我國的石油大部分是稠油，石油在管道內(nèi)的結(jié)蠟較厚，每次探測都需清洗數(shù)次。管道的各種智能檢測機器人仍在研究中，成熟的產(chǎn)品尚未開發(fā)出來。 隨著電池行業(yè)向著高能、高效方向的發(fā)展，以新型電池 (如塑料電池 )替代理電池將是可能的。實踐也證明采用超聲波檢測法得出的數(shù)據(jù)確實比漏磁法更為精確。這種方法的不足之處就是超聲波在空氣中衰減很快，檢測時一般要有聲波的傳播介質(zhì)，如油或水等 。當外壁受損減薄時，距離 A曲線不變；而當內(nèi)壁受損減薄時，距離 T曲線與壁厚 A曲線呈反對稱。而采用探頭周向間距為 8mm的漏磁檢測法再次對這種缺陷進行檢測時，則能精確測量出壁厚。因此，漏磁檢測分為高分辨率檢測和低分辨率檢測兩種方法。此時，若被測管壁沒有受損，即不存在缺陷，則磁力線將不外溢；若被測管壁已受損減薄或存在裂縫，部分磁力線將外溢，此時，利用磁敏探頭采集信號，通過對信號的分析，即可確定管道壁的受損情況。所以，現(xiàn)在使用較為廣泛的管道腐蝕檢測方法是超聲波檢測法和漏磁檢測法。在沒有開挖管道的情況下進行的管道內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)一般有漏磁通 法、超聲波法、渦流法、激光法、電視法等。 一種管內(nèi)步行式機器人，其行走過程如圖 18，通過左右兩側(cè)腳鎖死和前后腿的機構(gòu)變化實現(xiàn)機器人在管內(nèi)的行進。 圖 16 一種變形履帶式結(jié)構(gòu)示意圖 根據(jù)具體應(yīng)用場合，可以相應(yīng)的變化履帶的形狀為正梯形、平行四邊形、倒三角形等等。 兩履帶調(diào)節(jié)到平行位置時，可以在平地或矩形管道內(nèi)行走。 ①一般履帶式 一般履帶式移動機構(gòu)多指雙履帶移動機構(gòu)，其由左右兩側(cè)兩條履帶負責支撐整個機體，通過調(diào)整兩側(cè)履帶的運動方向和轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)前進、后退和 轉(zhuǎn)彎。適合于松軟或泥濘場地進行作業(yè)，下陷度小，滾動阻力小，通過性能較好 。小輪的軸線相對單元體的軸線傾斜了一個角度， 通過中南大學(xué)本科畢業(yè)論文 第 1 章 緒論 6 軟軸將扭矩作用于單元體上使微機器人運動。 圖 12所示為韓國 Sung Kyun Kwan大學(xué) Roh G、 Ryew M等人研制的管道檢測機器人。 的腳撐在管道內(nèi)，也可稱之為三輪式管道機器人。如圖 11所示，采用輪式移動機構(gòu)，這種移動機構(gòu)在管道接頭部分或者管道里污垢沉積較多時 就不能行走自如。美國、英國、日本等國家的管道檢測 機器人技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，其中又以日本的管道檢測機器人總體技術(shù)水平和研究成果格外引人注目 。所以我們想研制一套可操行性強、成本較低、工作環(huán)境適應(yīng)性較強的價格低廉的管道檢測維護機器人，由它來代替人力完成各種管道檢測中南大學(xué)本科畢業(yè)論文 第 1 章 緒論 4 維護工作。由于國外的智能管道檢測機器人設(shè)計復(fù)雜，價格昂貴，通常是幾百萬元一套儀器。我國的地下管道檢測技術(shù)仍處于起步探索階段，各種檢測管道腐蝕的技術(shù)也大都停留在管外檢測，方法傳統(tǒng)落后。我國大量的輸油管道為中、小口徑管道，與主干道一樣需進行各種安全檢測，鋪設(shè)的油氣輸送管道已達 30 104km，且正以每年 10002021km的速度鋪設(shè)新管道。輸送管道作為一種經(jīng)濟、高效而安全的物料輸送手段一直為人們所關(guān)注?？上驳氖?，國內(nèi)部分管道公司已認識到此方面的不足，并開始著手研究和發(fā)展管道內(nèi)檢測技術(shù)。 雖然國內(nèi)同行在管道外檢測技術(shù)方面已取得了飛速發(fā)展，但管道內(nèi)檢測技術(shù)研究和應(yīng)用仍有待加強。 目前的主要辦法是人工分段清潔維護、管道外部檢測，這種辦法耗費人力物力、效率低下、管道內(nèi)部診斷情況不充分，而且存在較大的危險，對它們的維護無論在工具還是技術(shù)上都跟不上設(shè)施的發(fā)展速度。管道內(nèi)檢測技術(shù)主要用于發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)外腐蝕、局部變形以及焊縫裂紋等缺陷，也可間接判斷涂層的完好性 。 研制 管道檢測作業(yè)機器人的背景和意義 近些年來，人們對自然環(huán)境、工作環(huán)境、工作工具及其方式的要求逐步提高。設(shè)計了檢測機器人的控制系統(tǒng)，進行了相關(guān)的硬件選型、電路設(shè)計和軟件設(shè)計。 答辯成績： 良 答辯委員會（小組）負責人 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組審查意見： 成績評定： 負責人： 年 月 日 中南大學(xué)本科畢業(yè)論文 目錄 目錄 摘要 ??????????????????????????? ?????????? Ⅰ ABSTRACT? ?? ? ? ?????????????????????????????? Ⅱ 第 1 章 緒論 ? ??????? ? ????????????????????????? 1 研制 管道檢測作業(yè)機器人的背景和意義 ? ????????????????? 1 國內(nèi)外管道檢測作業(yè)機器人的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 ????????????? 4 幾種主要類型的管道檢測機器人 ??????????????????? 4 石油管道腐蝕檢測技術(shù)現(xiàn)狀 ????????????????????? 8 管道檢測機器人的 發(fā)展趨勢 ???????????????????? 10 本課題研究思路與主要內(nèi)容 ????????? ????????????? 12 本章小結(jié) ?????????????????????????????? 13 第 2 章 管道檢測作業(yè)機器人的總體 方案 設(shè)計 ?? ???? ????????????? 14 管道檢測作業(yè)機器人總體設(shè)計方案 ???????????????????? 14 管道檢測作業(yè)機器人總體方案要求的提出 ?????????????? 14 管道檢測作業(yè)機器人總體方案的比較 ???????????????? 14 管道檢測作業(yè)機器人總體方案的組成 ??????????????????? 17 管道檢測作業(yè)機器人里程輪定位系統(tǒng) ???????????????? 18 管道檢測作業(yè)機器人行走機構(gòu) ??????????????????? 19 管道檢測作業(yè)機器人檢測控制系統(tǒng) ????????????????? 21 本章小結(jié) ??????????????????????????????? 22 第 3 章 管道檢測作業(yè)機器人的機械本體設(shè)計 ? ????? ????????????? 23 機械本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ?????????????????????????? 23 里程輪工作原理 ?????????????????? ?????????? 24 里程輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ????????????????????????? 26 中南大學(xué)本科畢業(yè)論文 目錄 里程輪系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) ?????????????????????? 27 超聲波檢測系統(tǒng)驅(qū)動電機的選擇 ?????????????????? 28 里程輪系統(tǒng)箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ???????????????????? 28 里程輪系統(tǒng)各零件的參數(shù)設(shè)計與驗算 ??????????????????? 29 里程輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ???????????????????????? 30 里程輪 用螺紋軸結(jié)構(gòu)設(shè)計與驗算 ?????????????????? 33 里程輪平鍵連接強度計算與驗算 ?????????????????? 37 管道檢測機器人自適應(yīng)壓縮彈簧的設(shè)計校核 ????????????? 39 超聲波系統(tǒng)、里程輪系統(tǒng)的聯(lián)軸器選擇及萬向聯(lián)軸器的選擇 ?????? ??? 43 本章小結(jié) ??????????????????????????????? 44 第 4 章 基于 ADAMS 與 SolidWorks 的 管道機器人 聯(lián)合仿真 ? ?? ? ?????? ???? 45 管道檢測作業(yè)機器人的 SolidWorks建模 ?????????????????? 45 管道檢測作業(yè)機器人的 ADAMS虛擬樣機 建立 ? ??????????????? 46 管道檢測作業(yè)機器人的 ADAMS仿真 與結(jié)果分析 ? ? ????????????? 48 本章小結(jié) ? ?????????????????????????????? 49 第 5 章 結(jié)論 ???????????? ? ???????????????????? 50 致 謝 ??? ???????????????????????????????? 51 參考文獻 ? ? ? ? ??????????????????????????????? 52 附錄Ⅰ 工程 圖清單 ???????? ? ?? ?? ????????????????? 53 附錄 Ⅱ 英文 翻譯 ?????????????? ?? ??????????????? 54 附錄 Ⅲ 英文翻譯 原文 ?????????????? ?? ????????????? 63 中南大學(xué)本科畢業(yè)論文 摘 要 I 摘 要 管道是輸送石油、天然氣等介質(zhì)的最經(jīng)濟手段，但石油輸油管道受蝕后，管壁變薄，容易產(chǎn)生裂縫，造成漏油的問題。畢業(yè)設(shè)計說明書內(nèi)容齊全，概念清楚，分析問題、解決問題的能力比較強。 建議成績： 良 指導(dǎo)教師： 年 月 日 中 南 大 學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）成績評定表（二） 論文（設(shè)計）評閱人評語 XXX 同學(xué)選題正確，既符合專業(yè)培養(yǎng)目標，又密切結(jié)合科研工作，選題具有先進性。畢業(yè)設(shè)計說明書結(jié)構(gòu)嚴密，條理性 較 強，寫作格式符合規(guī)范，文檔齊全。 [1]題目類型： (1)理論研究 (2)實驗研究 (3)工程設(shè)計 (4)工程技術(shù)研究 (5)軟件開發(fā) [2]題目來源： (1)教師科研題 (2)生產(chǎn)實際題 (3)其它 1) 成大先主編 .機械設(shè)計手冊 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 2) 劉政華，何將三 .機械電子學(xué) .長沙：國防科技大學(xué)出版社， 3) 楊培元 ,朱福元主編 . 液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊 . 北京：機械工業(yè)出版社， 1994 4) 《電氣工程師手冊》第二版編輯委員會編 . 電氣工程師手冊 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2021 5) 沈紅衛(wèi)編著 . 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例與分析 . 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 6) 黃菊生 編著 . 單片機原理與接口技術(shù) . 北京：國防工業(yè)出版社， 2021 （設(shè)計）進度安排 階段 階 段 內(nèi) 容 起止時間 前期 畢業(yè) 實習(xí)、調(diào)研、收集有關(guān)資料、翻譯文獻 3月 10日前 中期 系統(tǒng)總體方案設(shè)計，總體布局與結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計、行走方式確定、傳感檢測方案設(shè)計、傳感檢測功能裝置選型與設(shè)計平臺、檢測系統(tǒng)原理設(shè)計及軟件設(shè)計與調(diào)試 3月 11 日至 5月 10日 后期 編寫設(shè)計說明書 5月 11 日至 6月 4日 答辯準備 檢查整理相關(guān)資料，準備答辯 6月 6日 答辯 畢業(yè)答辯 6月 8日答 辯 指導(dǎo)教師（簽名） ____________ 時間 ： __________________ 系 (所 )主任 (簽名