【正文】 靠彈性針的變形使其壓緊在管壁上 .機(jī)身內(nèi)裝有偏心重物 ,由電機(jī)驅(qū)動 .當(dāng)偏心重物旋轉(zhuǎn)時 ,離心力使彈性針變形 ,滑動 ,從而帶動機(jī)器人移動 .振動式管內(nèi)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單 ,容易小型化 ,但行走速度難以控制 ,而且振動使機(jī)器人沿圓周方向自轉(zhuǎn) ,姿態(tài)不穩(wěn)定 ,另外 ,振動對傳感器的工作和壽命均會產(chǎn)生影響 . (4) 蠕動式管內(nèi)機(jī)器人 參考蚯蚓、毛蟲等動物的運(yùn)動 ,人們研制了蠕動式管內(nèi)機(jī)器人 。該機(jī)器人具有以下特點(diǎn) : (1)適應(yīng)大管徑 (大于或等于 900mm)的管道焊縫 X 射線檢測。 (4)檢測工效高 ,每道焊縫 (900mm 為例 )檢測時間不大于 3min。該系統(tǒng)可實現(xiàn) 20mm 管道內(nèi)裂紋和缺陷的移動探測 [9]。常用的無損檢測方法有庫侖 電荷法、磁性測厚法、渦流測厚法、超聲波測厚法和放射測厚法等，各種無損測厚法均有成型的儀器設(shè)備 ,使用起來方便簡單 ,且無需對表面涂鍍層進(jìn)行破壞 [1] 。利用這一原理制成測厚儀 ,只要覆層與基材的導(dǎo)磁率之差足夠大 ,就可進(jìn)行測量。新型的產(chǎn)品可以自動完成這一記錄過程。如果覆層材 料也有磁性 ,則要求與基材的導(dǎo)磁率之差足夠大 (如鋼上鍍鎳 ) 。該方法實質(zhì)上也屬于電磁感應(yīng)原理 ,但能否采用該方法進(jìn)行厚度測定 ,與基體及涂鍍層材料的導(dǎo)電性有關(guān) ,而與其是否為磁性材料無關(guān)。由于這類測頭專門測量非鐵磁金 屬基材上的覆層厚度 ,所以通常稱之為非磁性測頭。 （ 3）磁性 /渦流測厚 磁性測厚和渦流測厚均有缺點(diǎn) ,為此 ,很多廠家將兩者綜合在一起進(jìn)行測定 ,采用的探頭有 3 種 : F 型、 N 型和 FN 型。目前開發(fā)比較成熟的磁性測厚儀有時代公司的 TT220, 德國 EPK 公司開發(fā)的 M IN ITEST4100 /3100 /2100 /1100 系列測厚儀和 PHYN IX 公司的 Surfix/Pocket2Surfix便攜式涂鍍層測厚儀 ,可以 方便地實現(xiàn)各種條件下的無損測厚。傳感器將反射波轉(zhuǎn)換成電信號 ,這些信號會被儀器數(shù)碼化 ,數(shù)碼化反射波被分析后 ,便得到振蕩波所花的確切傳遞時間 [5]。 管內(nèi)作業(yè)機(jī)器人的發(fā)展前景 為了使管內(nèi)作業(yè)機(jī)器人能夠盡快地走出實驗室 ,進(jìn)入實用化階段 ,必須在以下幾個方面有所突破。例如前述日本于 1994 年推出的 BEAGLE200 管內(nèi)探傷系統(tǒng) ,采用 3臺電機(jī)分別驅(qū)動空間均布的 3個主動輪，雖然機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，但由于 3個驅(qū)動輪可分別控制，從而為提高其在彎管段的通過性提供了可能。同時，先進(jìn)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(jī)器人的控制水平打下良好的基礎(chǔ)。視覺對管內(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識別管內(nèi)環(huán)境 (是否拐彎 ,是否有枝杈等 )； ③識別機(jī)器人的姿態(tài) (是否有轉(zhuǎn)體 ,相對于作業(yè)位置的距離等 )。 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(dá)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(yùn)用。 本次設(shè)計的管道內(nèi)防腐涂層厚度測量儀的具體指標(biāo)如下： ： 200mm 2 管道長度 200m 3涂層測量范圍 0～ 500181。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(jī)構(gòu)、測量機(jī)構(gòu)和控制部分 構(gòu) 成。 本裝置中采用兩個傳感器呈 180176。 控制系統(tǒng)以單片機(jī) 8051 為中心，它控制著直流電機(jī) — 機(jī)器人的動力源的前進(jìn)、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(jìn)行處理， 傳送給上位機(jī)，接受上位機(jī)的監(jiān)控。尾部還有一個柔性的計程輪，其作用： 。當(dāng)移動機(jī)構(gòu)行走時 ,三個輪子呈徑向均勻分布 ,三點(diǎn)確定一個平面 ,三點(diǎn)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(qiáng)的適應(yīng)性。輸出轉(zhuǎn)矩 。 此測量裝置在 500mm/min 的速度下前進(jìn)，速度比較低。 40179?？紤]到機(jī)器人在前進(jìn)過程中要托纜，因此將此機(jī)器人設(shè)計成前后輪共同驅(qū)動的方式，以獲得較大的牽引力。具體如圖 6 所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 13 頁 共 35 頁 圖 6 壓緊裝置 此結(jié)構(gòu)的 原理非常簡單，但卻很實用。計程輪設(shè)計如圖 6所示，它的結(jié)構(gòu)比較簡單，是用四個導(dǎo)向螺釘將輪固定在支撐體上，導(dǎo)向螺釘上裝有壓縮彈簧，壓縮彈簧的一端連在支架上，另一端連在支撐體上，由此支架可以沿著導(dǎo)向螺釘?shù)姆较蛏舷乱苿樱囕喭ㄟ^銷軸連在支架上，可以隨支架一起 運(yùn)動，以保證計程輪始終與地面接觸。 圖 7計程輪 它具有靈敏度高，線性度好，穩(wěn)定性高、體積小和耐高溫等特點(diǎn)，在機(jī)車控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位。 Q235A等 普通碳素鋼用于不重要的軸或受載較小的軸；合金鋼具有較高的機(jī)械強(qiáng)度用于受載荷較大、結(jié)構(gòu)尺寸受限制、需提高軸頸耐磨性及處于高溫或腐蝕等條件下的軸；球墨鑄鐵和一些高強(qiáng)度鑄鐵一般用于鑄成外形復(fù)雜的軸，他們吸振性好，對應(yīng)力集中敏感性低。 一般常見的軸按其軸線的形狀和功用分為 直軸、曲軸兩大類，因為本次設(shè)計只涉及直軸，所以我們在此只討論直軸?？招妮S內(nèi)徑與外徑比通常為 ～ ，以保證軸的剛度及扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。 因選擇的電動機(jī)功率為 30kw，即 p=20w，轉(zhuǎn)速 n=14r/min，把數(shù)據(jù)帶入上式有 ： 3303 14201 2 6].[ 5 5 0 0 0 0 ????? npAn pdT?= 因軸上開有兩個鍵槽，所以軸徑應(yīng)當(dāng)增大 5%～ 7%，則有 d≥ 179。計算時將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。然后求出各支承處的水平反力 FHN和垂直反力 FNV。 下面進(jìn)行軸的設(shè)計計算和強(qiáng)度校核。 46=92mm，所以 Ft=2T1/d=2? ,Fr=Ft? tan20/cos8= N Fa=Ft? tan? = N 皮帶的初拉力為 Fe=1000p/v=。 106=Fr179。 75 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 17 頁 共 35 頁 Fh1= N Fh2179。 （ 2） 軸上零件定位可靠、裝拆方便。徑向接觸軸承主要用于承受徑向載荷。 滾動軸承壽命的計算公式為 10 CL P???????? 式中 10L 的單位為 610r 。實際上，軸承在許多應(yīng)用場合，常常同時承受徑向載荷 rF 和軸向載荷 aF 。 實際上，在許多支承中還會出現(xiàn)一些附加載荷，如沖擊力、不平衡作用力、慣性力以及軸撓曲或軸承座變形產(chǎn)生的附加力等等，這些因素很難從理論上精確計算。軸承常用的潤滑材料有潤滑油、潤滑脂、固體潤滑劑和氣體潤滑劑。根據(jù)軸頸直徑 d，軸的轉(zhuǎn)速 n確定潤滑油的黏度區(qū)。當(dāng)軸承的溫度在高溫或低速、重載條件下工作，不應(yīng)使用潤滑油時，可將固體潤滑劑調(diào)配到潤滑脂或油中使用，也可涂敷或燒結(jié)在摩擦表面上，還可以將其滲入軸瓦材料中或成型鑲嵌在軸承中使用。在本此設(shè)計中，由于軸承的在高溫、重載條件下工作，根據(jù)軸承的極限轉(zhuǎn)速知，可選擇脂潤滑。 46=92 21u1R 4 7 .3 22 d?? ? ? 齒寬 Rb R 0 . 3 4 7 . 3 2 1 4 . 2m m?? ? ? ? ? 大端齒 頂高 *aah =m h =2 1=2m m? 大端齒根高 ? ?**fah = m h c = 2 1 .2 = 2 .4 m m?? 大端齒頂圓直徑 a 1 1 a 1 1d d 2 h c os 27 .9 2 m m?? ? ? a 2 2 a 2 2d d 2 h c o s 9 2 .5 5 m m?? ? ?（大角 =） 錐齒輪的校核可按平均分度圓處的當(dāng)量圓柱齒輪進(jìn)行計算。因而我所設(shè)計的帶輪只要滿足強(qiáng)度要求即可。齒高 齒形角 40 度，齒根厚 。鍵與花鍵主要用于軸與回轉(zhuǎn)零件輪轂間周向固定和傳遞轉(zhuǎn)矩，有的還可以實現(xiàn)軸向固定和傳遞軸向力。它的兩個側(cè)面是工作表面，與鍵槽有配合關(guān)系，工作時，靠鍵和鍵槽側(cè)面的擠壓和鍵受剪切傳遞轉(zhuǎn)矩。 還有一些發(fā)生多次反射 , 如圖 12 (c) 所示。將一個非磁性圓盤固定裝在車輪轉(zhuǎn)軸上，圓盤邊緣用環(huán)氧樹脂等距離粘貼塊狀磁鋼磁鋼采用永久磁鐵分割成的小磁塊，霍爾元件固定在距圓盤平面 13mm 處，當(dāng)磁塊與霍爾元件相對位置發(fā)生變化時，通過霍爾元件的感磁面的磁場強(qiáng)度就會發(fā)生變化。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 25 頁 共 35 頁 的 傳感器的選擇 超聲波傳感器根據(jù)工作原理可分為壓電式、磁質(zhì)伸縮式、電磁式等多種，其中以壓電式最為常用。 根據(jù)用途的不同，壓電式超聲波探頭有多種結(jié)構(gòu)，如直探頭 、斜探頭、雙探頭等。它們被固定在兩個套筒中，前端和尾部都有彈簧，尾部的彈簧另一端裝有磁鐵，磁鐵的對面 安裝有電磁鐵，根據(jù)磁鐵同性相吸，異性互斥的原理，通過對電磁鐵通斷電的控制，來控制傳感器的移動。 磁場強(qiáng)度的計算公式： H = N 179。 然后根據(jù) F=BILSINa就可以確定電磁力的大小了。通過 8051 單片機(jī)和繼電器開關(guān)對 2 個 超聲波 傳感器進(jìn)行控制，以達(dá)到兩個傳感器不同時測量 的目的 ， 單片機(jī)與 上位機(jī) 可以進(jìn)行串行通訊，從而實現(xiàn) 測量裝置 與外界的交流 。 單片微型計算機(jī)（ Single Chip Microputer）簡稱單片機(jī)，又稱微控制機(jī)器（ Microcontroller Unit）或者嵌埋式控制器 (Embedded Controller)。 目前單片機(jī)的種類很多，本次設(shè)計選用應(yīng)用最普遍的 MCS51系列單片機(jī) 中的 8051單片機(jī)?？梢哉f 8031 是沒有 ROM 的 8051，而 8751 又是用 EPROM代替 ROM 的 8051。 （ 3） .片內(nèi)具有 128 字節(jié)的 RAM。 （ 7） .具有 5 個中斷源，配備兩個優(yōu)先級。此外， 8051 所具有的乘除法指令、多種形式的位操作類指令和邏輯運(yùn)算類指令也是獨(dú)具特色的。 XTAL1：接外部晶體的一個引腳。 RST/Vpd：復(fù)位控制輸入，再振蕩器運(yùn)行時，使 RST 腳至少保持兩個機(jī)器周期為高電平，可實現(xiàn)復(fù)位操作。即使不訪問外部存儲器， ALE以震蕩頻率的 1/6 為固定頻率輸出，因而它能用作外部時鐘或定時 。輸出讀外部程序存儲器的選通信號。EA=1時，單片機(jī)只訪問內(nèi)部程序存儲器。 P1 口：具有提升電阻的 8 位雙向 I/O 接口，專門供用戶使用，在程序檢驗時（指8051 和 8751）它也接收低位地址字節(jié)， P1 能吸入或放出 3 個 LSTTL 的輸入。 P2 口能吸入或放出 3 個 LSTTL 的輸入。 (1).程序存儲器 MCS51K 單片機(jī)具有 64K 字節(jié)的程序存儲空間。 轉(zhuǎn)換器 的選擇 為了控制 直流電機(jī)的啟停以及前進(jìn)和后退， 這里需要 D/A 轉(zhuǎn)換器 將單片機(jī)發(fā)出的數(shù)字控制信號準(zhǔn)換為模擬信號 ，實現(xiàn)連續(xù)輸出控制。通常電流輸出型的建立時間快，僅幾十納秒，而電壓輸出型的響應(yīng)時間要長些，大約幾百納秒。 DAC0832 主要由兩個 8 位寄存器與一個 D/A 轉(zhuǎn)換器組成。由于腐蝕、重壓等作用 ,管道不可避免地會出現(xiàn)裂紋、漏孔等現(xiàn)象。我所設(shè)計的檢測裝置，實現(xiàn)了機(jī)器人在管道內(nèi)的自由行走，自動檢測，并且可以將所測到的數(shù)據(jù)傳回上位機(jī)。檢測的方法采用 超聲波檢測法，通過記錄超聲波回波信號的時間差來計算涂層的厚度， 該方法精度高，工作穩(wěn)定 。它是對大學(xué)所學(xué)課程的一個總結(jié)。 首先衷心感謝我的指導(dǎo)教師趙月靜老師對我的畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)和熱心幫助，從畢業(yè)設(shè)計的選題、研究的方法、技術(shù)路線以及本文的撰寫都得到趙老師的精心指導(dǎo)，一直以來取得的每一點(diǎn)進(jìn)步和提高都得益于趙老師的指導(dǎo)、鼓勵和支持。 2 楊國量 ,等178。 5 王義杰，表尚海 .金屬管內(nèi)涂層厚度測量系統(tǒng)的設(shè)計 [J].哈爾濱理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150080： 18。2： 33～ 36。 15 姜 睿 . 鍍層測厚儀在寶鋼熱鍍鋅生產(chǎn)線上的應(yīng)用 [ J ].中國儀器儀表 , 1997 (4) : 27～ 30. 16 宋曉輝 ,安 敏 ,吳鐘達(dá) . 鍍層厚度測量方法 [ J ]. 上海計 量， 2020, 36 (9) : 64～65. 17 周國祥 , 基于 W IN 98 的石油專用管 2 維漏磁高速探傷機(jī)計策系統(tǒng) , 2020 年全國第14 屆計算機(jī)科學(xué)學(xué)術(shù)交流會論文集 . 合肥 : 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社 ,