【正文】 于確定管道中是否存在凸臺(tái)或雜物等障礙；轉(zhuǎn)換器 1 為 RS232RS485 轉(zhuǎn)換裝置，轉(zhuǎn)換器 2 為 RS485RS232 轉(zhuǎn)換裝置，配28 合使用即可增加 PC 上位機(jī)和機(jī)器人間的通信距離； S/H 為采樣 /保持器，與模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯 ADC0809 的轉(zhuǎn)換初值比較即可確定機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎方向； DAC0832 為數(shù) /模轉(zhuǎn)換芯片，經(jīng)過(guò)運(yùn)放電路進(jìn)行電壓放大后用于驅(qū)動(dòng)電機(jī) M1 和 M2 的伺服驅(qū)動(dòng)。 MAS708 為看門(mén)狗芯片，用于維持 AT89C51 單片機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。 控制程序 上位機(jī)采用 Visual c++ 編程，主要完成通信端口的初始化、控制字的輸出、機(jī)器人運(yùn)行速度以及運(yùn)行狀態(tài)等的反饋和顯示。一般情況下，通信格式可設(shè)為波特率4800， 1 為開(kāi)始位，無(wú)奇偶校驗(yàn)， 1 位停止位即可。單片機(jī)控制程序主要完成串口的初始化，上位機(jī)控制字的接收，電機(jī)的伺 服驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行速度的檢測(cè)和狀態(tài)的反饋等。 H 橋式驅(qū)動(dòng)電路 ( H bridged power amplifier) 管道機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制包括升降速、正反轉(zhuǎn)和制動(dòng)控制。采 MOS門(mén)驅(qū)動(dòng)器 IR2110 和 TMOS 管 IRF540 構(gòu)成 H 橋式電路， 可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) PWM 信號(hào)的放大，完成機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制要求。 IR2110 是高電壓 MOS 門(mén)驅(qū)動(dòng)器，雙端差動(dòng)輸入，可兼容CMOS 和 LSTT L 信號(hào)電平，具有耗散功率小、欠電壓保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，最大工作頻率可達(dá) 500KHz。另外， IR2110 具有一個(gè) SD 引腳 ，利用它可構(gòu)成過(guò)流保護(hù)或急停電路。 IRF540 是 TMOS 場(chǎng)效應(yīng)管，擊穿電壓 BVDS： 100V， 柵源極門(mén)檻電壓 VGS ( th) ： 4V ，正向最大導(dǎo)通電流 ID( ON )： 27A，開(kāi)關(guān)時(shí)間分別為 TON= 30ns， TOFF= 80ns。系統(tǒng)中，計(jì)數(shù)器 8253 輸出的脈寬信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電隔離后分為兩路，將其中一路反相，與原信號(hào)分別作為 IR2110 的高端輸入和低端輸入。 IR2110 輸出的兩路信號(hào)，接入后級(jí)由四片 IRF540 構(gòu)成的 H 橋式電路進(jìn)行功率放大 (圖 541) ，改變 IR2110 高端輸 入和低端輸入的相位差即可調(diào)節(jié)電機(jī)的速度及方向。系統(tǒng)信號(hào)波形如圖 542所示，當(dāng) 253 輸出對(duì)稱(chēng)方波時(shí)，光耦 T LP521 的輸入被鉗制為高低電平分別為 與 的脈沖。由于光耦開(kāi)啟、關(guān)斷時(shí)間的差異，輸出波形有一定失真，經(jīng)過(guò) IR2110 整形、變換，輸出為欠對(duì)稱(chēng)方波，其中低電平時(shí)間約為高電平時(shí)間的 倍，由此形成的電樞電流換向死區(qū)，有助于減輕對(duì)續(xù)流二極管的沖擊，使電機(jī)工作更加平穩(wěn)。 29 圖 54 H 橋式驅(qū)動(dòng)電路 圖 55 系統(tǒng)信號(hào)波形圖 機(jī)器人與主控計(jì)算機(jī)的通訊 ( The munication between the robot and master puter) 管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)行走距離為 150m，需要進(jìn)行長(zhǎng)距離通信。 RS422 是一個(gè)雙端差動(dòng)信號(hào)傳送系統(tǒng)。最大傳輸率為 100Kbps( 90m)；最大傳輸距離為 1200m( 1000bps)。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸量不大，因此，采用 RS422 的 9 位異步串行口通訊，波特率選為 1202bps，由 89C51 定時(shí)器 1 產(chǎn)生。采用 Mo to rola 公司的傳輸線驅(qū)動(dòng)器MC3487 和接收器 MC3486，實(shí)現(xiàn) RS422 與 89C51 之間的電平轉(zhuǎn)換 ( 圖 543) 。通過(guò)RS422 接口，主控計(jì)算機(jī)將控制信號(hào)、速度值等發(fā)送給控制卡，控制卡將相應(yīng)的狀態(tài)信號(hào)傳回主控計(jì)算機(jī)。 30 圖 56 系統(tǒng)信號(hào)波形圖 31 6 行程的計(jì)算 旋轉(zhuǎn)輪做螺旋運(yùn)動(dòng)，管道直徑 150mm，所以旋轉(zhuǎn)一圈，前進(jìn) π 150 tan15= 圖 61 旋轉(zhuǎn)輪的螺旋運(yùn)動(dòng)示意圖 旋 轉(zhuǎn) 輪 所 走 的 圈 數(shù) = 管道機(jī)器人的行程。 32 7 應(yīng)用前景 綜上分析，油氣管道機(jī)器人技術(shù)是油氣管道技術(shù)的研究熱點(diǎn)。長(zhǎng)輸管道的“管道豬”檢測(cè)技術(shù)相對(duì)其他油氣管道機(jī)器人發(fā)展得比較 成熟，但其智能化、模塊化和管道適應(yīng)性不夠。油氣井機(jī)器人技術(shù)正處在發(fā)展的初級(jí)階段，盡管?chē)?guó)外一些公司已推出產(chǎn)品，包括視像探測(cè)裝置、井下拖拉機(jī)等，但其井下探測(cè)的工作質(zhì)量， 井下動(dòng)力與井下操作的可靠性，對(duì)不同類(lèi)型井通道的適應(yīng)性等方面都需要進(jìn)一步研究和發(fā)展。油田與石化企業(yè)的各種管道機(jī)器人技術(shù)，無(wú)論是在管道內(nèi)部工作還是在管道外部工作的機(jī)器人，都處于剛剛起步階段。 管道機(jī)器人系統(tǒng)是一種融合了多種先進(jìn)技術(shù)的機(jī)電一體化裝置，隨著現(xiàn)代制造技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、智能技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，必將推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)在油氣管道 技術(shù)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用與發(fā)展。 隨著石油工業(yè)的發(fā)展，在未來(lái)幾年內(nèi)油氣管道機(jī)器人將在如下幾個(gè)方面取得進(jìn)展并獲得應(yīng)用： ( 1) 大口徑長(zhǎng)輸管道用的“管道豬”將提高智能化水平，可適應(yīng)性將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用。 ( 2) 隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，適應(yīng)直井、斜井、大位移水平井測(cè)井技術(shù)的井下拖拉機(jī)將得到廣泛應(yīng)用，以提高完井和測(cè)井技術(shù)水平。 ( 3) 隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，智能修井技術(shù)要求能準(zhǔn)確探測(cè)井下，尤其是井下故障點(diǎn)的狀態(tài)。要完成這一任務(wù)井下探測(cè)裝置 (井下機(jī)器人 ) 將進(jìn)一步得到重視與發(fā)展。 ( 4) 油田內(nèi)部的各種管道檢 測(cè)與維修，石化企業(yè)中不同類(lèi)型的管道檢測(cè)與維修，要求管道機(jī)器人不斷提高其適應(yīng)性，各種適應(yīng)不同功能要求的管道檢測(cè)機(jī)器人與維修操作機(jī)器人將受到企業(yè)和研究單位的重視，并將獲得發(fā)展。 33 結(jié)束語(yǔ) 大學(xué)要結(jié)束了，很感慨，這半年來(lái)做的畢業(yè)設(shè)計(jì)將給我的大學(xué)劃上一個(gè)句號(hào)。大學(xué)里學(xué)會(huì)了很多東西，不管是不是一定能用上，但卻是給我了一個(gè)不一樣的很值得回憶的經(jīng)歷。 畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)幾個(gè)月，其中有開(kāi)始時(shí)的不明白，到廣泛查資料了解，到做出來(lái)之后的清晰和明確，短短的幾個(gè)月，融合了很多知識(shí)，雖然很多付出在這片論文里沒(méi)有表現(xiàn)出來(lái)，但卻教會(huì)我一種 實(shí)踐的方法。 在做論文的過(guò)程中，很多很久以前學(xué)過(guò)的知識(shí)重新拾起，用于實(shí)踐，并且多方的查資料去了解去熟悉，經(jīng)過(guò)幾種方案的比對(duì)，更新或者改進(jìn)，拿出最優(yōu)方案，這個(gè)過(guò)程重復(fù)鍛煉了自己分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，知道設(shè)計(jì)的總體過(guò)程，培養(yǎng)了自學(xué)和獨(dú)立思考的能力。當(dāng)然，其中遇到很多困難，但是很感謝孟凱老師，他以他豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給出很獨(dú)到的見(jiàn)解和很好的建議，讓我從中學(xué)會(huì)了很多。在繪圖的過(guò)程中，我充分熟悉了 Solidworks 繪圖軟件，其中遇到很多困難，感謝幫助我解決難題的同學(xué)。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，給我一次很好的實(shí)戰(zhàn)機(jī)會(huì)，為以后的 工作打開(kāi)了一扇門(mén)，讓我了解到工作所需的很多寶貴的素質(zhì)，對(duì)機(jī)械專(zhuān)業(yè)有一個(gè)更深的認(rèn)識(shí)。 34 致 謝 本論文的完成是在河南工程學(xué)院機(jī)械工程系的王新莉老師和孟凱老師的精心指導(dǎo)下完成的。再次特別感謝孟凱老師給予的幫助，孟老師功力深厚，實(shí)踐能力很強(qiáng)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對(duì)我所遇到的問(wèn)題有獨(dú)到見(jiàn)解，在此，特別感謝孟老師這半年的幫助和督促！ 通過(guò)這次設(shè)計(jì) 重新整合了大學(xué)四年所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，理論應(yīng)用于實(shí)踐，夯實(shí)了大學(xué)四年所學(xué)機(jī)械專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本技能，更加透析的了解機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)功能。 老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和平易近人的待人方 式給我留下了深刻的印象，這些將是我學(xué)生生涯中一筆不小的收獲。在此，衷心感謝河南工程學(xué)院，感謝孟老師提供一個(gè)深入學(xué)習(xí)的平臺(tái)！ 再次還要一并感謝這些天各位同學(xué)給予的關(guān)心和幫助，文中還引用了許多文獻(xiàn)資料的內(nèi)容，在論文的參考文獻(xiàn)中列出了部分文獻(xiàn)的作者和出處，在此深表謝意！ 35 參考文獻(xiàn) [1] 張秀麗 ， 鄭浩峻，趙里遙 .一種小型管道檢測(cè)機(jī)器人［ J］ .機(jī)器人 .(7): 626~629. [2] 錢(qián)晉武，章亞男，孫麟治等 .FC 螺旋輪驅(qū)動(dòng)的細(xì)小管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的研究［ J］ .光學(xué)精密工程，(4): 54~58. [3] 宋一然，顏國(guó)正 ， 林良明 .FC 基于電磁驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)型微機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)理［ G］ .上海交通大學(xué)學(xué)報(bào) ， (11) : 1504 ~1530. [4] 孫萍，孫麟治，秦新捷等 .壓電式細(xì)小管道微機(jī)器人結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)分析［ J].儀器儀表學(xué)報(bào) ，2021，增刊 335 ~ 336. [5] 龔進(jìn)峰，彭商賢 .履帶式可變結(jié)構(gòu)管道機(jī)器人及其雙控制系統(tǒng)的研究［ J].高技術(shù)通訊，2021.(12):70 ~72. [7] 朱敬德，周明 ， 應(yīng)金貴等 .在役石油管道檢測(cè)機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)［ J］ .上海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） (7):57 ~ 59. [8] 陳晶晶．基于 MSP430 單片機(jī)的智能小車(chē)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].孝感學(xué)院學(xué)報(bào) 2021 年 11 月第 30 卷第 6 期 . [9] 蔣賢海，羅彤．路徑識(shí)別智能小車(chē) [J]廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) 2021 年第 9 卷第 1 期 . [10] 余永權(quán)，江明慧，黃英．單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [M].北京電子出版社 2021 年 10. [11] 藍(lán)和慧，寧武．單片機(jī)原理與技術(shù)應(yīng)用 [M].北京大學(xué)出版社 2021 年 05 月 . [12] 鄧志輝，朱江．基于 Atmega8515 的輪式智能小車(chē)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J].農(nóng)業(yè)科技與裝備 2021年 2 月第 2 期 . [13] 何立民．單片機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀與未來(lái) [J].中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào) 1995 年 No:30. [14] 甘小明 ， 徐濱士 ， 董世運(yùn)等 .管道機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 .機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 ， 2021， (6): 5 ~ 10. [15] 劉大維 ， 彭商賢 ， 龔進(jìn)峰 .地下管道檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 .吉林工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) ， 1998 ，28 (1): 109 ~ 112. [16] 鄧宗全 .管內(nèi)作業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與展望 .機(jī)器人 ， 1986， (6) : 471 ~478. [17] HagenSchempf In pipe robot art . Loo torPlatform Technoogy SOA Reorpt . REP GOV DOE – 20211102. [18] 范興亮 .套管變形油管斷裂井修井技術(shù) .鉆采工藝 .1996 ， 19 (4): 90 ~ 92. 36 [19] 王振莊 .我國(guó)修井機(jī)技術(shù)發(fā)展的過(guò)去和未來(lái) .石油礦場(chǎng)機(jī)械 ， 2021 ， 30 (增刊 ): 1 ~ 3. [20] Maddox Appli cation of Do wnhole Video Technology to Mult lateral Well Completions Offshore Europe ， 1997 : 9 ~ 12. [21] 劉成 ， 郭建設(shè) ， 陳元慶等 .井下視像系統(tǒng)在修井作業(yè)中的應(yīng)用測(cè)井技術(shù) ， 2021， 28 (4): 363 ~365. [22] 劉猛 ， 高進(jìn)偉 ， 熊萬(wàn)軍等 .水平井井下儀器送進(jìn)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展建議 . 石油礦場(chǎng)機(jī)械 ，2021， 33(6) : 16 ~ 18. [23] Explorer : Untet hered Real_ ti m e Gas Main Assessment Robot System， 1st International Workshop on Advances in Service Robotics ， ASER 0 39。3 ,Bardoli no Italy ， March 13~15 ，2021. [24] 張策 .機(jī)械動(dòng)力學(xué) . 北京 :高等教育出版社 ， 2021. [25] 于殿勇 ， 鄭鋼鐵 ， 孫序梁 .蠕動(dòng)式管內(nèi)移動(dòng)機(jī)構(gòu)的一種模型機(jī)器人 ， 1994 ， 16(5): 303 ~306. [26] SegonRoh ， Hyouk Ryeol Cho. Differential Drive In Pipe Robot for Moving Insi de Urban Gas Pipe lines .IEEE Transactions On Robotics ， 2021. [27] 徐小云 ， 顏國(guó)正 ， 閆小雪 .油氣管道檢測(cè)機(jī)器人 .海交通大學(xué)學(xué)報(bào) ， 2021 ， 37. [28] 錢(qián)晉武 ， 章亞男 ， 孫麟治等 .螺旋輪驅(qū)動(dòng)的細(xì)小管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人研究光學(xué)精密工程 ， 1999，7 (4): 54 ~58. [29] 李元宗 ， 史貴柱 ， 武利生 .管內(nèi)步伐式行走機(jī)器人 .機(jī)器人 ， 1998， 20 (5): 356 ~361. [30] 宋章軍 ， 陳懇 ， 楊向東 .輪式移動(dòng)機(jī)器人在圓形管道中的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與分析 .機(jī)器人 ， 2021，28(6) : 636 ~643. [31] 許馮平 ， 鄧宗全 .管道機(jī)器人在彎道處通過(guò)性的研究 .機(jī)器人 ,2021 , 26 (2): 155 ~ 160. 37 Visafree policy brings Chengdu biz, tourism boost. Making national headlines several times, Chengdu39。s 72hour visafree policy has attracted wide attention from both Chinese and foreign experts and businessmen since it took effect on Sept 1 last year. The program permits citizens from 51 countries and regions including the United States, Australia, Canada and Jap an