【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 上位機和機器人間的通信距離； 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器人的轉(zhuǎn)彎方向； DAC0832 為數(shù) /模轉(zhuǎn)換芯片，經(jīng)過運放電路進行電壓放大后用于驅(qū)動電機 M1 和 M2 的伺服驅(qū)動。 MAS708 為看門狗芯片，用于維持 AT89C51 單片機的穩(wěn)定運行。 控制程序 上位機采用 Visual c++ 編程，主要完成通信端口的初始化、控制字的輸出、機器人運行速度以及運行狀態(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， 1 位停止位即可。單片 機控制程序主要完成串口的初始化，上位機控制字的接收，電機的伺服驅(qū)動，運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) 管道機器人的運動控制包括升降速、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， 可實現(xiàn)系統(tǒng) PWM 信號的放大，完成機器人驅(qū)動電機的控制要求。 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、欠電壓保護等優(yōu)點，最大工作 頻率可達 500KHz。另外， IR2110 具有一個 SD 引腳，利用它可構(gòu)成過流保護或急停電路。 IRF540 是 TMOS 場效應管，擊穿電壓 BVDS： 100V， 柵源極門檻電壓 VGS ( th) ： 4V ，正向最大導通電流 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)電機的速度及方向。系統(tǒng)信號波形如圖 542所示，當 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 機器人與主控計算機的通訊 ( The munication between the robot and master puter) 管道機器人的設(shè)計行走距離為 150m，需要進行長距離通信。 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，主控計算機將控制信號、速度值等發(fā)送給控制卡，控制卡將相應的狀態(tài)信號傳回主控計算機。 30 圖 56 系統(tǒng)信號波形圖 31 6 行程的計算 旋轉(zhuǎn)輪做螺旋運動，管道直徑 150mm，所以旋轉(zhuǎn)一圈，前進 π 150 tan15= 圖 61 旋轉(zhuǎn)輪的螺旋運動示意圖 旋 轉(zhuǎn) 輪 所 走 的 圈 數(shù) = 管道機器人的行程。 32 7 應用前景 綜上分析，油氣管道機器人技術(shù)是油氣管道技術(shù)的研究熱點。 長輸管道的“管道豬”檢測技術(shù)相對其他油氣管道機器人發(fā)展得比較成熟，但其智能化、模塊化和管道適應性不夠。油氣井機器人技術(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性等方面都需要進一步研究和發(fā)展。油田與石化企業(yè)的各種管道機器人技術(shù)，無論是在管道內(nèi)部工作還是在管道外部工作的機器人，都處于剛剛起步階段。 管道機器人系統(tǒng)是一種融合了多種先進技術(shù)的機電一體化裝置，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，必將推動機器人技術(shù)在油氣管道技術(shù)領(lǐng)域中的廣泛應用與發(fā)展。 隨著石油工業(yè)的發(fā)展，在未來幾年內(nèi)油氣管道機器人將在如下幾個方面取得進展并獲得應用： ( 1) 大口徑長輸管道用的“管道豬”將提高智能化水平，可適應性將會進一步發(fā)展與應用。 ( 2) 隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，適應直井、斜井、大位移水平井測井技術(shù)的井下拖拉機將得到廣泛應用，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)要求能準確探測井下，尤其是井下故障點的狀態(tài)。要完成這一任務(wù)井下探測裝置 (井下機器人 ) 將進一步得到重視與發(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，要求管道機器人不斷提高其適應性，各種適應不同功能要求的管道檢測機器人與維修操作機器人將受到企業(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)計將給我的大學劃上一個句號。大學里學會了很多東西，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，但卻教會我一種實踐的方法。 在做論文的過程中，很多很久以前學過的知識重新拾起，用于實踐，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，拿出最優(yōu)方案，這個過程重復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)了自學和獨立思考的能力。當然，其中遇到很多困難，但是很感謝孟凱老師，他以他豐富的實踐經(jīng)驗給出很獨到的見解和很好的建議，讓我從中學會了很多。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。 這次畢業(yè)設(shè)計，給我一次很好的實戰(zhàn)機會，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)，對機械專業(yè)有一個更深的認識。 34 致 謝 本論文的完成是在河南工程學院機械工程系的王新莉老師和孟凱老師的精心指導下完成的。再次特別感謝孟凱老師給予的幫助，孟老師功力深厚，實踐能力很強，在畢業(yè)設(shè)計期間對我所遇到的問題有獨到見解，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 重新整合了大學四年所學的專業(yè)知識，理論應用于實踐，夯實了大學四年所學機械專業(yè)的基礎(chǔ)知識、基本理論和基本技能，更加透 析的了解機構(gòu)的實現(xiàn)功能。 老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和平易近人的待人方式給我留下了深刻的印象，這些將是我學生生涯中一筆不小的收獲。在此，衷心感謝河南工程學院，感謝孟老師提供一個深入學習的平臺！ 再次還要一并感謝這些天各位同學給予的關(guān)心和幫助，文中還引用了許多文獻資料的內(nèi)容，在論文的參考文獻中列出了部分文獻的作者和出處，在此深表謝意！ 35 參考文獻 [1] 張秀麗 ， 鄭浩峻，趙里遙 .一種小型管道檢測機器人［ J］ .機器人 .(7): 626~629. 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