【正文】 器人正常行走還是打滑的工作狀態(tài)；微動開關(guān)用于確定管道中是否存在凸臺或雜物等障礙；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)過運(yùn)放電路進(jìn)行電壓放大后用于驅(qū)動電機(jī) M1 和 M2 的伺服驅(qū)動。 MAS708 為看門狗芯片，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 為開始位，無奇偶校驗(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，運(yùn)行速度的檢測和狀態(tài)的反饋等。 H 橋式驅(qū)動電路 ( H bridged power amplifier) 管道機(jī)器人的運(yùn)動控制包括升降速、正反轉(zhuǎn)和制動控制。采 MOS門驅(qū)動器 IR2110 和 TMOS 管 IRF540 構(gòu)成 H 橋式電路， 可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) PWM 信號的放大，完成機(jī)器人驅(qū)動電機(jī)的控制要求。 IR2110 是高電壓 MOS 門驅(qū)動器，雙端差動輸入，可兼容CMOS 和 LSTT L 信號電平，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 SD 引腳，利用它可構(gòu)成過流保護(hù)或急停電路。 IRF540 是 TMOS 場效應(yīng)管，擊穿電壓 BVDS： 100V， 柵源極門檻電壓 VGS ( th) ： 4V ，正向最大導(dǎo)通電流 ID( ON )： 27A，開關(guān)時間分別為 TON= 30ns， TOFF= 80ns。系統(tǒng)中，計數(shù)器 8253 輸出的脈寬信號，經(jīng)過光電隔離后分為兩路，將其中一路反相，與原信號分別作為 IR2110 的高端輸入和低端輸入。 IR2110 輸出的兩路信號，接入后級由四片 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)信號波形如圖 542所示，當(dāng) 253 輸出對稱方波時，光耦 T LP521 的輸入被鉗制為高低電平分別為 與 的脈沖。由于光耦開啟、關(guān)斷時間的差異，輸出波形有一定失真，經(jīng)過 IR2110 整形、變換，輸出為欠對稱方波，其中低電平時間約為高電平時間的 倍，由此形成的電樞電流換向死區(qū)，有助于減輕對續(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)動電路 圖 55 系統(tǒng)信 號波形圖 機(jī)器人與主控計算機(jī)的通訊 ( The munication between the robot and master puter) 管道機(jī)器人的設(shè)計行走距離為 150m，需要進(jìn)行長距離通信。 RS422 是一個雙端差動信號傳送系統(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 定時器 1 產(chǎn)生。采用 Mo to rola 公司的傳輸線驅(qū) 動器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RS422 接口，主控計算機(jī)將控制信號、速度值等發(fā)送給控制卡，控制卡將相應(yīng)的狀態(tài)信號傳回主控計算機(jī)。 30 圖 56 系統(tǒng)信號波形圖 31 6 行程的計算 旋轉(zhuǎn)輪做螺旋運(yùn)動，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)。 長輸管道的“管道豬”檢測技術(shù)相對其他油氣管道機(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)展的初級階段，盡管國外一些公司已推出產(chǎn)品，包括視像探測裝置、井下拖拉機(jī)等，但其井下探測的工作質(zhì)量， 井下動力與井下操作的可靠性，對不同類型井通道的適應(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，在未來幾年內(nèi)油氣管道機(jī)器人將在如下幾個方面取得進(jìn)展并獲得應(yīng)用： ( 1) 大口徑長輸管道用的“管道豬”將提高智能化水平，可適應(yīng)性將會進(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)部的各種管道檢測與維修，石化企業(yè)中不同類型的管道檢測與維修，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 大學(xué)要結(jié)束了，很感慨，這半年來做的畢業(yè)設(shè)計將給我的大學(xué)劃上一個句號。大學(xué)里學(xué)會了很多東西，不管是不是一定能用上，但卻是給我了一個不一樣的很值得回憶的經(jīng)歷。 畢業(yè)設(shè)計歷時幾個月，其中有開始時的不明白，到廣泛查資料了解，到做出來之后的清晰和明確，短短的幾個月，融合了很 多知識，雖然很多付出在這片論文里沒有表現(xiàn)出來，但卻教會我一種實(shí)踐的方法。 在做論文的過程中，很多很久以前學(xué)過的知識重新拾起，用于實(shí)踐，并且多方的查資料去了解去熟悉，經(jīng)過幾種方案的比對，更新或者改進(jìn)，拿出最優(yōu)方案，這個過程重復(fù)鍛煉了自己分析問題和解決問題的能力，知道設(shè)計的總體過程，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)到的見解和很好的建議，讓我從中學(xué)會了很多。在繪圖的過程中，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，給我一次很好的實(shí)戰(zhàn)機(jī)會，為以后的工作打開了一扇門，讓我了解到工作所需的很多寶貴的素質(zhì)，對機(jī)械專業(yè)有一個更深的認(rèn)識。 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)計期間對我所遇到的問題有獨(dú)到見解，在此，特別感謝孟老師這半年的幫助和督促！ 通過這次設(shè)計 重新整合了大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識，理論應(yīng)用于實(shí)踐，夯實(shí)了大學(xué)四年所學(xué)機(jī)械專業(yè)的基礎(chǔ)知識、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深入學(xué)習(xí)的平臺！ 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 .一種小型管道檢測機(jī)器人［ J］ .機(jī)器人 .(7): 626~629. 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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, Australi