【正文】 考慮，大口徑管道管內(nèi)移動空間大，管道軸心線的曲率半徑大，有更大的空間來布置驅(qū)動裝置和作業(yè)裝置，從而機(jī)器人自身的幾何尺寸可以相對放寬，機(jī)器人的設(shè)計(jì)及制造都比較容易。其特點(diǎn)是用降低速度來提高驅(qū)動力。輪式移動機(jī)器人的驅(qū)動輪要靠車體自重、彈簧力，液壓或氣動力，磁性力壓緊在管道內(nèi)壁上以支撐機(jī)器人本體并產(chǎn)生一定的正壓力，這樣移動機(jī)器人就具備了行走的基本條件，我們將使機(jī)器人行走輪壓緊在管壁上的力叫做封閉力，驅(qū)動其中一個或幾個輪子轉(zhuǎn)動，由驅(qū)動輪與管壁之間的附著力產(chǎn)生機(jī)器人向前行走的驅(qū)動力，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器入的移動，這是輪式管內(nèi)移動機(jī)器入行走的基本原理。目前日本、美國、英國、德國、法國等發(fā)達(dá)國家在管道機(jī)器人技術(shù)方面做了大量工作[68]，尤其是日本，在管道機(jī)器人的研究及開發(fā)中取得了領(lǐng)先的地位。管道機(jī)器人的迅速發(fā)展時(shí)期還是始于上個世紀(jì)80年代，它屬于特種機(jī)器人的研究范疇[35]，能夠在管道這個特定的極限環(huán)境中作業(yè)，通常攜帶各種探測儀器和作業(yè)裝置，在操作人員的遙控或者計(jì)算機(jī)的自動控制下完成管道的檢測和維修工作，檢測作業(yè)項(xiàng)目包括防腐狀況、對接管道焊縫質(zhì)量、管道內(nèi)腐蝕程度、防腐層厚度、管壁缺陷等；維修項(xiàng)目包括清掃、補(bǔ)口、焊接等?，F(xiàn)在英、日、美、德、法等國大公司的PIG產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)用化、商品化。管道檢測技術(shù)始于上個世紀(jì)50年代[1] ，由于當(dāng)時(shí)天然氣等大口徑管道的發(fā)展激勵人們?nèi)パ芯恳环N管內(nèi)檢測設(shè)備，這就是我們通常歷說的一種無動力的管內(nèi)清理檢測設(shè)備PiG[2]，該設(shè)備簡單、實(shí)用，在一定程度上解決了天然氣管道的檢測問題?，F(xiàn)代傳統(tǒng)的機(jī)器人與特種機(jī)器人屬于兩個不同的應(yīng)用范疇，由于在上述環(huán)境中作業(yè)的特種機(jī)器入的研究開發(fā)的必要性顯得越來越重要，許多國家把特種機(jī)器人的研究列入國家和各國的合作計(jì)劃，并給予強(qiáng)有力的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)支持，因此特種機(jī)器人的研究和開發(fā)具有重要的戰(zhàn)略意義。進(jìn)入八十年代，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)從大批量生產(chǎn)自動化時(shí)代進(jìn)入多品種自動化時(shí)代，于是，工業(yè)機(jī)器人在這個時(shí)代中起著越來越重要的作用。隨后，美國的Unimation公司于1962年制造了實(shí)用的機(jī)器人，并取名為Unimate?，F(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)起源于遙控主從型機(jī)械手，它是在第二次世界大戰(zhàn)期間為了對付放射性材料而發(fā)展起來的，為此，四十年代后期美國橡樹嶺和阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室開始研制遙控式機(jī)械手，用于搬運(yùn)放射性材料。移動式管道機(jī)器入作為一種新型的管道檢測設(shè)備，正在被越來越多的人關(guān)注和研究，它的應(yīng)用前景將十分廣闊。在機(jī)器人的研制過程中采用了改進(jìn)的積分分離PID控制策略，通過樣機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)的合理性和有效性。針對于我國管道機(jī)器人的研究狀況和背景，在查閱了大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合大慶市科技局的一個科技攻關(guān)項(xiàng)目，本文提出了一個合理的移動式管道機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)方案，在機(jī)器人的本體機(jī)構(gòu)、檢測方式、通信和控制系統(tǒng)等方面都采用了當(dāng)前國內(nèi)先進(jìn)的技術(shù)。目前，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用需求的激勵下，各種新型的、先進(jìn)的、智能的控制策略也應(yīng)運(yùn)而生，并迅速在實(shí)際系統(tǒng)中得到應(yīng)用、改進(jìn)和發(fā)展，如自適應(yīng)控制、魯棒控制、預(yù)測控制、模糊控制、專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。傳統(tǒng)控制策略應(yīng)用于機(jī)器人的運(yùn)動控制是最普遍的，如PID控制。就排水管道而言，目前國內(nèi)還沒有比較先進(jìn)的檢測方式，大多數(shù)采用開挖的方法進(jìn)行檢測。 我國對管道機(jī)器人的研究開始于上個世紀(jì)八十年代未期，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、廣州工業(yè)大學(xué)以及上海大學(xué)等高校和科研院所都做了這方面的工作，在理論上和實(shí)用上取得了很大進(jìn)步。隨著機(jī)械、電子以及自動控制理論的快速發(fā)展，管道機(jī)器人的研究也在不斷進(jìn)步，人們從管道機(jī)器人的驅(qū)動結(jié)構(gòu)、工作方式、控制系統(tǒng)等方面入手研究出許多樣式的機(jī)器入。從上個世紀(jì)五十年代起，為了滿足管道運(yùn)輸、自動清理以及檢測的需要，美、英、法、日等國相繼展開了管道機(jī)器人的研究。在這種情況下，管道機(jī)器人作為一種先進(jìn)的管道檢測手段納入了國內(nèi)外機(jī)器入研究開發(fā)人員的眼中。由人去檢查會對人的健康帶來嚴(yán)重?fù)p害。由于管道系統(tǒng)或者埋在地下，或者架設(shè)在高空，或者管道內(nèi)徑很小，用人攜帶儀器檢查十分困難，有時(shí)甚至根本無法做到。這種事故有時(shí)造成的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的。壽命總是有限的。AbstractIn modern society, people always encounter a variety of pipeline facilities, and many are not set up in the air piping system is buried underground, so that, through human testing within the pipeline is very inconvenient. This pipe mobile robot developed to carry CCD camera itself, you can certainly detect pipe wall diameter, has a high practical value. Firstly, the domestic and international pipeline robot technology summarized in this paper, given the structure of portable pipeline design of the robot body, detailing, the robot drive mechanism, heads and other aspects of the system structure. Robot discussed by upper and lower puter control mode, using more advanced in the domestic fiber channel to transmit control signals and image signals from the CCD camera. The next crew to LPC2114 core processor for the mobile pipeline robot drive motor for control design, the design head of the motor drive control, RS232 serial munication circuit and control system peripheral circuit discussion.Key word：Body structure,Control system, Inpipe robot.目 錄一、緒論 …………………………………………………………………………………1二、管道機(jī)器人技術(shù)綜述…………………………………………………………… 3（一）車輪式管道機(jī)器人 …………………………………………………………3（二）履帶式管道機(jī)器人 …………………………………………………………5（三）其他類型的管道機(jī)人 ………………………………………………………5三、移動式管道機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………… 7（一）移動式管道機(jī)器人的結(jié)構(gòu)參數(shù)和特點(diǎn) ……………………………………7（二）移動式管道機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)組成 ………………………………………7（三）機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………………8驅(qū)動機(jī)構(gòu) ………………………………………………………………… 8機(jī)器人本體密封及防腐 ………………………………………………… 9（四）機(jī)器人云臺系統(tǒng) ……………………………………………………………9四、移動式管道機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)……………………………………… 11（一）管道機(jī)器人的常規(guī)控制形式………………………………………………11（二）控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)……………………………………………………12（三）電機(jī)驅(qū)動器設(shè)計(jì)……………………………………………………………13LPC2114簡介……………………………………………………………13電機(jī)驅(qū)動器設(shè)計(jì)…………………………………………………………13步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器設(shè)計(jì)……………………………………………………15（四）外圍電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………16電源電路 …………………………………………………………………16復(fù)位電路…………………………………………………………………17統(tǒng)時(shí)鐘電路………………………………………………………………17S232電平轉(zhuǎn)換電路………………………………………………………17（五）供電及通信系統(tǒng)……………………………………………………………18五、移動式管道機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)…………………………………………19（一）直流電機(jī)控制的軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………19…………………………………………………………19……………………………………………………21（二）四串口通信程序設(shè)計(jì)………………………………………………………22（三）上位機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………25結(jié)語 …………………………………………………………………………………26參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………27致謝 …………………………………………………………………………………2829一、 緒論 在現(xiàn)代，無論是水力、火力發(fā)電站，還是煤氣、自來水、工業(yè)用水和供熱系統(tǒng)等公共設(shè)施，以及石油、化工等工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，都有縱橫交錯的管道。下位機(jī)以LPC2114為核心處理器，進(jìn)行了移動式管道機(jī)器人行走電機(jī)的驅(qū)動控制設(shè)計(jì)、云臺電機(jī)的驅(qū)動控制設(shè)計(jì)、RS232串口通信電路以及控制系統(tǒng)外圍電路的討論。本文首先對國內(nèi)外管道機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展做了綜述，給出了移動式管道機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了機(jī)器人的驅(qū)動機(jī)構(gòu)、云臺系統(tǒng)等環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)。xx大學(xué)xx屆畢業(yè)論文設(shè)計(jì)摘要在現(xiàn)代社會中，人們總要遇到各種各樣的管道設(shè)施，而許多管道系統(tǒng)不是架設(shè)在空中就是深埋于地下，這樣一來，通過人力對管道的內(nèi)部進(jìn)行檢測就很不方便。本文研制的移動式管道機(jī)器人本身攜帶CCD攝像頭，可以對一定口徑的管道內(nèi)壁進(jìn)行檢測，具有較高的實(shí)用價(jià)值。所討論的機(jī)器人采用上下位機(jī)的控制模式，使用了目前在國內(nèi)較為先進(jìn)的光纖信來傳送控制信號和來自CCD攝像機(jī)的圖像信號。關(guān)鍵詞：本體結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)，管道機(jī)器人。這些管道系統(tǒng)在輸送各種液體和氣體物質(zhì)時(shí)，由于受振動、熱循環(huán)、腐蝕、超負(fù)荷等作用，加上管道本身可能隱藏的內(nèi)在缺陷(如裂紋、砂眼、接頭處連接不良等)。因此，許多管道系統(tǒng)難免在運(yùn)行之中突然發(fā)生損壞而造成液體、氣體物質(zhì)的泄?jié)B事故，不得不停工停產(chǎn)進(jìn)行檢修。能不能在事故發(fā)生前就檢查出潛在的有問題的管道而提前預(yù)防，是現(xiàn)代民用與工業(yè)企業(yè)中迫切需要解決的課題。此外，有些危險(xiǎn)和環(huán)境條件惡劣的工作場地。因此，有必要開發(fā)一種能夠深入管道的可移動管道檢測儀器代替人去完成上述工作。管道機(jī)器人屬于特種機(jī)器人的研究范疇，它在管道這個特定的極限環(huán)境中作業(yè)，通常攜帶各種探測儀器和作業(yè)裝置，在操作人員的遙控或者計(jì)算機(jī)的自動控制下完成管道的檢測或者維修工作。最初的研究成果就是一種無主動力的管內(nèi)檢測設(shè)備PIG，該設(shè)備是依靠其首尾兩端管內(nèi)流體形成的壓差為驅(qū)動力，使之隨著管內(nèi)流體的流動向前運(yùn)動。總的說來國外一些國家的管道機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，基本上進(jìn)入了使用化階段。雖然如此，我們的管道機(jī)器人技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)地落后于發(fā)達(dá)國家，存在機(jī)器人負(fù)載能力差，工作時(shí)間短，檢測精度不夠高，檢測距離短，不利于商品化等缺陷。在管道機(jī)器人的發(fā)展過程中，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個十分重要的問題。只要被控對象的數(shù)學(xué)模型是比較精確的、變化不大的、近似于線性的，傳統(tǒng)的PID控制可以滿足這種情況下管道內(nèi)作業(yè)機(jī)器人的控制要求。在這些控制策略中，有的已經(jīng)在機(jī)器人控制領(lǐng)域得到了實(shí)際應(yīng)用，而有的仍處于不斷豐富的研究過程中。主要討論了對移動式管道機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，從軟硬件角度介紹了移動式管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)過程，完成了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和調(diào)試，軟件的編制和調(diào)試。同時(shí)，對自適應(yīng)模糊控制方法進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了無刷直流電機(jī)的自適應(yīng)模糊控制器，通過仿真結(jié)果驗(yàn)證算法的可行性。