畢業(yè)設(shè)計(jì)-管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人(總體設(shè)計(jì))

1、<p>　　本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　題 目 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人 </p><p>　　總體設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生姓名 XXXX </p><p>　　指導(dǎo)教師 XXXX </p>

2、<p>　　學(xué) 院 機(jī) 電 工 程 學(xué) 院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 機(jī)電XXX班 </p><p>　　完成時(shí)間 2010年 6月 8日 </p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)</p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人總體

3、設(shè)計(jì) </p><p>　　題目類(lèi)型 工程設(shè)計(jì) 題目來(lái)源___教師科研題 </p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）時(shí)間從 2010年 3 月1 日 至2010年 6 月 8 日</p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容要求：</p><p>　?。?）技術(shù)指標(biāo)：（a）自適應(yīng)管道直徑為270-300mm，驅(qū)動(dòng)力＞800N；（

4、b）在管道內(nèi)的移動(dòng)速度大于10cm/s；（c）能通過(guò)曲率半徑600mm，總長(zhǎng)為10m的倒U型管道；（4）能夠搭載微型CCD和無(wú)損檢測(cè)傳感器對(duì)管道內(nèi)的裂紋和腐蝕缺陷等進(jìn)行檢測(cè)與修補(bǔ)作業(yè)。</p><p>　?。?）完成總體方案設(shè)計(jì)、總體布局和結(jié)構(gòu)確定，行走機(jī)構(gòu)原理設(shè)計(jì)、控制電機(jī)選型等。 </p><p>　?。?）要求具有電纜控制和遙控兩種功能。完成傳感檢測(cè)原理與檢測(cè)作業(yè)功能裝置設(shè)計(jì)與控制系

5、統(tǒng)方案。</p><p>　　1.具體完成下列設(shè)計(jì)工作： </p><p>　?。?）查閱文獻(xiàn)和實(shí)習(xí)，了解國(guó)內(nèi)外管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并翻譯相關(guān)資料一篇； </p><p>　?。?）按要求完成管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人功能設(shè)計(jì)與總體方案設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）完成管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人總體布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與行走方式確定；<

6、;/p><p>　?。?）完成傳感檢測(cè)系統(tǒng)方案、傳感器選型與檢測(cè)功能布置設(shè)計(jì)；</p><p>　　（5）整理相關(guān)資料，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 </p><p>　　要求設(shè)計(jì)圖紙不少于4張1#圖，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)不少于50 頁(yè)。 </p><p>　　[1]題目類(lèi)型：(1)理論研究(2)實(shí)驗(yàn)研究(3)工程設(shè)計(jì)(4)工程技術(shù)研究(5)軟件開(kāi)發(fā)</p>

7、;<p>　　[2]題目來(lái)源：(1)教師科研題(2)生產(chǎn)實(shí)際題(3)其它</p><p><b>　　2.主要參考資料</b></p><p>　　成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002</p><p>　　劉政華，何將三.機(jī)械電子學(xué).長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，1999.10</p><p&g

8、t;　　楊培元,朱福元主編. 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994 </p><p>　　《電氣工程師手冊(cè)》第二版編輯委員會(huì)編. 電氣工程師手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　沈紅衛(wèi)編著. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2

9、003</p><p>　　黃菊生編著. 單片機(jī)原理與接口技術(shù). 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007 </p><p>　　3.畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度安排</p><p>　　指導(dǎo)教師（簽名） ____________ 時(shí)間：__________________</p&

10、gt;<p>　　系(所)主任(簽名) ____________ 時(shí)間：_________________</p><p>　　主管院長(zhǎng)（簽名）______________ 時(shí)間：__________________</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要………………………

11、…………………………………………………………………………Ⅰ</p><p>　　ABSTRACT……………………………………………………………………………………………Ⅱ</p><p>　　第1章 緒論…………………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 研制管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人的背景和意義 ………………………………………

12、………1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) …………………………………4</p><p>　　1.2.1 幾種主要類(lèi)型的管道檢測(cè)機(jī)器人…………………………………………………4</p><p>　　1.2.2 石油管道腐蝕檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀………………………………………………………8</p><p>　　1.2

13、.3 管道檢測(cè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) ……………………………………………………10</p><p>　　1.3 本課題研究思路與主要內(nèi)容 …………………………………………………………12</p><p>　　1.4 本章小結(jié) ………………………………………………………………………………13</p><p>　　第2章 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì) ……………………

14、……………………………14</p><p>　　2.1 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案……………………………………………………14</p><p>　　2.1.1 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人總體方案要求的提出 ……………………………………14</p><p>　　2.1.2 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人總體方案的比較 …………………………………………14</p><

15、;p>　　2.2 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人總體方案的組成…………………………………………………17</p><p>　　2.2.1 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人里程輪定位系統(tǒng) …………………………………………18</p><p>　　2.2.2 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu) …………………………………………………19</p><p>　　2.2.3 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人檢測(cè)控制系

16、統(tǒng) ……………………………………………21</p><p>　　2.3 本章小結(jié)…………………………………………………………………………………22</p><p>　　第3章 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人的機(jī)械本體設(shè)計(jì) …………………………………………………23</p><p>　　3.1 機(jī)械本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………23</p

17、><p>　　3.2 里程輪工作原理…………………………………………………………………………24</p><p>　　3.3 里程輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………26</p><p>　　3.3.1 里程輪系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) …………………………………………………………27</p><p>　　3.3.2 超聲波檢測(cè)

18、系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 ………………………………………………28</p><p>　　3.3.3 里程輪系統(tǒng)箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………………28</p><p>　　3.4 里程輪系統(tǒng)各零件的參數(shù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算…………………………………………………29</p><p>　　3.4.1 里程輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………………………

19、30</p><p>　　3.4.2 里程輪用螺紋軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算 ………………………………………………33</p><p>　　3.4.3 里程輪平鍵連接強(qiáng)度計(jì)算與驗(yàn)算 ………………………………………………37</p><p>　　3.4.4 管道檢測(cè)機(jī)器人自適應(yīng)壓縮彈簧的設(shè)計(jì)校核 …………………………………39</p><p>　　3.5

20、 超聲波系統(tǒng)、里程輪系統(tǒng)的聯(lián)軸器選擇及萬(wàn)向聯(lián)軸器的選擇 ………………………43</p><p>　　3.6 本章小結(jié)…………………………………………………………………………………44</p><p>　　第4章 基于ADAMS與SolidWorks的管道機(jī)器人聯(lián)合仿真……………………………………45</p><p>　　4.1 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人的SolidWork

21、s建?！?5</p><p>　　4.2 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人的ADAMS虛擬樣機(jī)建立 …………………………………………46</p><p>　　4.3 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人的ADAMS仿真與結(jié)果分析 ………………………………………48</p><p>　　4.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………………4

22、9</p><p>　　第5章 結(jié)論 ………………………………………………………………………………………50</p><p>　　致 謝……………………………………………………………………………………………51</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………………52</p><p>　　附

23、錄Ⅰ 工程圖清單 ………………………………………………………………………………53</p><p>　　附錄Ⅱ 英文翻譯 …………………………………………………………………………………54</p><p>　　附錄Ⅲ 英文翻譯原文 ……………………………………………………………………………63</p><p><b>　　摘 要</b><

24、;/p><p>　　管道是輸送石油、天然氣等介質(zhì)的最經(jīng)濟(jì)手段，但石油輸油管道受蝕后，管壁變薄，容易產(chǎn)生裂縫，造成漏油的問(wèn)題。我國(guó)大量的油氣輸送管道分布在人口較稠密的地區(qū)，一旦發(fā)生腐蝕泄漏事故，其后果不堪設(shè)想。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)了一種新型石油管道檢測(cè)機(jī)器人，分析了其總體機(jī)械結(jié)構(gòu)、檢測(cè)原理及方法，討論了檢測(cè)機(jī)器人在管道中的定位問(wèn)題和能源系統(tǒng)。為了提高機(jī)器人的穩(wěn)定性和靈活性，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)的

25、設(shè)計(jì)保證了機(jī)器人能夠順利通過(guò)曲率半徑為600的彎道；對(duì)檢測(cè)機(jī)器人在管道中的運(yùn)動(dòng)特性和行走阻力進(jìn)行了分析；在此基礎(chǔ)上提出了動(dòng)態(tài)超聲波掃描的檢測(cè)方法，提高了檢測(cè)的效率，能夠滿(mǎn)足實(shí)際的需要。設(shè)計(jì)了檢測(cè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，進(jìn)行了相關(guān)的硬件選型、電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)包括里程輪信號(hào)采集、超聲信號(hào)采集模塊、電機(jī)控制模塊以及時(shí)鐘、存儲(chǔ)器以及通訊接口等外圍電路；最后在SolidWorks2007環(huán)境下對(duì)管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了三維建模，并在ADAM

26、S 環(huán)境下對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真，對(duì)管道檢測(cè)機(jī)器人的后期研制具有至關(guān)重要的意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：管道機(jī)器人；里程輪定位；管道自適應(yīng)；超聲波檢測(cè)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Pipelines provide the most efficient means of carryi

27、ng oil and gas. But the failures are often occurred by internal corrosion in pipeline. When oil pipelines were corroded, their walls would become thin and result in cracks and oil leak. Once the leaks happened, the damag

28、es are more serious because most of them are in densely populated areas.</p><p>　　This paper is to design an adaptive oil pipe inspection robot with crack positioning system and energy systems in pipelines a

29、nd analyze its machine structure as well as inspection principle and method. Firstly,the overall structure of pipe inspection robot with wheel flexing mechanism to adapt to the change of pipe diameter and the universal j

30、oints for the robot to successfully pass the turn with curvature radius was brought forward. To ensure the robot’s stability and flexibility, the dynamic p</p><p>　　Key Words：Pipeline Robot；Mileage Wheel Po

31、sitioning；Piping Adaptive；Ultrasonic Inspection</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　管道檢測(cè)技術(shù)是最近幾十年間隨著工業(yè)管道、生活管道在各種地方的鋪設(shè)，然而其環(huán)境的惡劣性使管道內(nèi)外部均受到侵蝕而發(fā)展起來(lái)的急需的一門(mén)技術(shù)。本章主要對(duì)管道檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行概述和管道機(jī)器人的幾種主要成品進(jìn)行

32、了分析對(duì)比。</p><p>　　研制管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人的背景和意義</p><p>　　近些年來(lái)，人們對(duì)自然環(huán)境、工作環(huán)境、工作工具及其方式的要求逐步提高。隨著中國(guó)城市化建設(shè)事業(yè)的發(fā)展推進(jìn)，中國(guó)西氣東輸工程的全面啟動(dòng)，特別是大型化工廠、大型天然氣廠、大型地下管道處理系統(tǒng)的建成，大型管道（或類(lèi)似管道裝置）組合處理系統(tǒng)設(shè)施以其高質(zhì)量的工作效率、圓形管道結(jié)構(gòu)，占地少、有效工作空間大、美化生活環(huán)

33、境等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛普及和應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外檢測(cè)技術(shù)都得到了迅猛發(fā)展，管道檢測(cè)技術(shù)逐漸形成管道內(nèi)、外檢測(cè)技術(shù)（涂層檢測(cè)、智能檢測(cè)）兩個(gè)分枝。通常情況下涂層破損、失效處下方的管道同樣受到腐蝕，管道外檢測(cè)技術(shù)的目的是檢測(cè)涂層及陰極保護(hù)有效性的基礎(chǔ)上，通過(guò)挖坑檢測(cè)，達(dá)到檢測(cè)管體腐蝕缺陷的目的，對(duì)于目前大多數(shù)布局內(nèi)檢測(cè)條件的管道是十分有效的。管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)主要用于發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)外腐蝕、局部變形以及焊縫裂紋等缺陷，也可間接判斷涂層

34、的完好性。</p><p>　　因此，各種大口徑天然氣管道、大口徑石油運(yùn)輸管道、大口徑自來(lái)水管道、大孔徑地下污水處理管道，鍋爐廠、硫酸廠、核電站、液化氣站、印刷廠、酒廠、食品加工廠、東風(fēng)二汽長(zhǎng)管道系統(tǒng)等，各種大型廠房中的大孔徑管道系統(tǒng)隨處可見(jiàn)。但是，它們?cè)跒槿藗児ぷ魉脮r(shí)，也帶來(lái)了很多問(wèn)題，如人們肆意向管道內(nèi)投放廢品塑料、易拉罐、粘性物品、玻璃廢品等，長(zhǎng)期下去導(dǎo)致管道內(nèi)部因淤積較多廢棄物從而使管道堵塞；冬天北方

35、天氣寒冷，裸露在外部的自來(lái)水管道（或其他化工管道）因溫度太低內(nèi)部自來(lái)水會(huì)產(chǎn)生凝固凍結(jié)，從而導(dǎo)致自來(lái)水不能正常流動(dòng)，影響城市居民正常的生活；酒精廠（或其它化工廠）燃料燃燒所產(chǎn)生的粉塵會(huì)黏附在管道（或煙囪）內(nèi)壁，長(zhǎng)時(shí)間越積越多吹產(chǎn)生靜電效應(yīng)，甚至引發(fā)火災(zāi)和爆炸事故；長(zhǎng)期處于露天環(huán)境，大多數(shù)大型輸油管道、天然氣管道等都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部泄露和腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重影響自然環(huán)境并且產(chǎn)生安全隱患等等。</p><p>　　一套完整的中央空

36、調(diào)管道清掃機(jī)器人30萬(wàn)元左右，其形狀如下為履帶式，但是只能在水平管道中運(yùn)行，而且其清掃不充分(如：履帶下面部分不能被清掃)，對(duì)于立體空間中的斜管道和豎直管道更是望塵莫及，而我們的管道檢測(cè)維護(hù)機(jī)器人不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于立體空間中的斜管道和豎直管道作業(yè)，而且價(jià)格僅需一萬(wàn)左右。</p><p>　　目前的主要辦法是人工分段清潔維護(hù)、管道外部檢測(cè)，這種辦法耗費(fèi)人力物力、效率低下、管道內(nèi)部診斷情況不充分，而且存在較大的危險(xiǎn)，對(duì)

37、它們的維護(hù)無(wú)論在工具還是技術(shù)上都跟不上設(shè)施的發(fā)展速度。傳統(tǒng)的管道內(nèi)部清潔機(jī)器只能進(jìn)行水平方向工作，無(wú)法進(jìn)行豎直方向工作，管道內(nèi)部彎道爬行更是望塵莫及。傳統(tǒng)的管道內(nèi)部清潔機(jī)器就是利用四輪小車(chē)驅(qū)動(dòng)方式沿著水平管道內(nèi)部前進(jìn)步。它們都存在不同程度的缺點(diǎn)，如機(jī)器笨重、攀爬效率低、有危險(xiǎn)、工作不穩(wěn)定、工作環(huán)境極大地受到限制等；而且豎直管道和彎曲管道內(nèi)部工作的機(jī)器較少！</p><p>　　目前國(guó)外較有名的檢測(cè)公司有美國(guó)的Tu

38、boscopc GE PII、英國(guó)的British Gas、德國(guó)的Pipetronix、加拿大的Corrpro，且其產(chǎn)品已基本上達(dá)到了系列化和多樣化。</p><p>　　雖然國(guó)內(nèi)同行在管道外檢測(cè)技術(shù)方面已取得了飛速發(fā)展，但管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)研究和應(yīng)用仍有待加強(qiáng)。由于管道內(nèi)檢測(cè)器使用的清管器比日常生產(chǎn)中普遍使用的清潔清管器要長(zhǎng)得多，國(guó)內(nèi)早期的油氣管道，不具備管道內(nèi)智能檢測(cè)的條件，應(yīng)用前需對(duì)站場(chǎng)收、發(fā)裝置及部分管道、管

39、件進(jìn)行改造。因此在標(biāo)準(zhǔn)中也未對(duì)此做出強(qiáng)制要求，致使該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用和研究發(fā)展較慢，限制了它的廣泛推廣與應(yīng)用。盡管目前國(guó)內(nèi)一些管道公司也引進(jìn)了內(nèi)檢測(cè)設(shè)備，但因?yàn)槲葱纬上盗谢?，?yīng)用效果還不十分理想?？上驳氖?，國(guó)內(nèi)部分管道公司已認(rèn)識(shí)到此方面的不足，并開(kāi)始著手研究和發(fā)展管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)。目前中國(guó)石油新疆油田分公司與長(zhǎng)輸管道檢測(cè)評(píng)價(jià)中心聯(lián)合開(kāi)發(fā)了φ377mm漏磁通智能檢測(cè)儀，現(xiàn)已生產(chǎn)出樣機(jī)并分別在烏魯木齊架構(gòu)—706泵站、中國(guó)石油西南油氣田分公司輸氣

40、管理出臥兩線(xiàn)等管道上進(jìn)行了應(yīng)用，雖然在解釋某些測(cè)試數(shù)據(jù)方面還不夠完善，但畢竟填補(bǔ)了管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的空白，為管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)國(guó)產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)。我相信，通過(guò)引進(jìn)、消化、吸收、創(chuàng)新，國(guó)內(nèi)的油氣長(zhǎng)輸管道檢測(cè)技術(shù)將會(huì)逐步接近或達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平。</p><p>　　石油及天然氣開(kāi)采后，往往需要異地輸送，其距離可達(dá)數(shù)千公里。輸送管道作為一種經(jīng)濟(jì)、高效而安全的物料輸送手段一直為人們所關(guān)注。但管道經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，金屬管壁因受流體沖刷

41、、電化學(xué)腐蝕等作用會(huì)出現(xiàn)機(jī)械裂紋和腐蝕穿孔，最終導(dǎo)致輸送效率降低、輸送介質(zhì)泄漏等惡性事故。由于多數(shù)管道都鋪設(shè)與地下或海底，所以一旦出現(xiàn)事故，管道的維修和搶修成本非常高。因此，做好管道在役檢測(cè)工作已成為各國(guó)所關(guān)注的重大課題。我國(guó)大量的輸油管道為中、小口徑管道，與主干道一樣需進(jìn)行各種安全檢測(cè)，鋪設(shè)的油氣輸送管道已達(dá)30×104km，且正以每年1000-2000km的速度鋪設(shè)新管道。由于建成投入使用的年限長(zhǎng)，大部分達(dá)到或接近20年的

42、使用年限，且由于原設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)不高，管道年久腐蝕，又缺乏正常的檢測(cè)維修，己進(jìn)入事故多發(fā)期，或接近事故多發(fā)期。這一點(diǎn)在南方油田尤為突出。在南方油田管徑φ273mm以下的管道約2×104km，這些管道往往分布在人口較稠密的地區(qū)，一旦發(fā)生事故，其后果將更為嚴(yán)重，而中、小口徑管道智能檢測(cè)技術(shù)在國(guó)外尚無(wú)成熟技術(shù)可以引進(jìn)。我國(guó)的地下管道檢測(cè)技術(shù)仍處于起步探索階段，各種檢測(cè)管道腐蝕的技術(shù)也大都停留在管外檢測(cè)，方法傳統(tǒng)</p>

43、<p>　　2008年的汶川地震給我們帶來(lái)了巨大的損失，很多城市的地下水管道內(nèi)腔被堵塞，影響人們的正常飲水。同時(shí)每年大型工廠因管道泄露產(chǎn)生的化學(xué)污染、經(jīng)濟(jì)損失和事故也比較嚴(yán)重，這些都對(duì)我們產(chǎn)生很大沖擊，發(fā)人深思。所以我們想研制一套可操行性強(qiáng)、成本較低、工作環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)的價(jià)格低廉的管道檢測(cè)維護(hù)機(jī)器人，由它來(lái)代替人力完成各種管道檢測(cè)維護(hù)工作。</p><p>　　開(kāi)展管道超聲檢測(cè)技術(shù)的研究，并在此基礎(chǔ)上

44、開(kāi)展管道檢測(cè)工作，通過(guò)對(duì)管道的安全性評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)分析，可以制定科學(xué)的維修計(jì)劃，改變過(guò)去的“事后維修”、“不足維修”、“過(guò)剩維修”為“視情維修”,保證管道的安全高效運(yùn)行。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　管道檢測(cè)機(jī)器人是一種可沿管道內(nèi)部或外部自動(dòng)行走、攜帶一種或多種傳感器及操作機(jī)械，在工作人員的遙控操作或計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制下，進(jìn)行一系列

45、管道作業(yè)的機(jī)、電、儀一體化系統(tǒng)。</p><p>　　目前，用于管道檢測(cè)、探傷、維護(hù)等用途的機(jī)器人試驗(yàn)樣機(jī)及商業(yè)化產(chǎn)品的種類(lèi)和數(shù)量不斷增加。美國(guó)、英國(guó)、日本等國(guó)家的管道檢測(cè)機(jī)器人技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，其中又以日本的管道檢測(cè)機(jī)器人總體技術(shù)水平和研究成果格外引人注目。</p><p>　　1.2.1 幾種主要類(lèi)型的管道檢測(cè)機(jī)器人</p><p>　?。?）車(chē)輪式管道檢測(cè)

46、作業(yè)機(jī)器人</p><p>　　輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)是一個(gè)古老而至今仍得到廣泛應(yīng)用的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在相對(duì)平坦的路面上有相當(dāng)優(yōu)越的性能，可是在地形復(fù)雜的情況下就不適用，輪子很容易陷到坑洼里而不能前進(jìn)。</p><p><b>　?、僖话爿喪?lt;/b></p><p>　　美國(guó)Everst Vit公司的管道產(chǎn)生了多種輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的派生機(jī)構(gòu)式派生機(jī)構(gòu)

47、。如圖1-1所示，采用輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，這種移動(dòng)機(jī)構(gòu)在管道接頭部分或者管道里污垢沉積較多時(shí)就不能行走自如。</p><p>　　圖1-1 Everst Vit公司Rovver60管道機(jī)器人</p><p>　　由于基本輪式機(jī)構(gòu)在環(huán)境適應(yīng)性上有很多不足之處，尤其是不能在圓管、垂直管和彎管中行走。于是又出現(xiàn)了許多輪式管道機(jī)器人派生機(jī)構(gòu)。</p><p><b>　

48、　②內(nèi)支撐輪式</b></p><p>　　此類(lèi)管道機(jī)器人多數(shù)適用于圓管，一般是用三個(gè)互成120°的腳撐在管道內(nèi)，也可稱(chēng)之為三輪式管道機(jī)器人。這是最開(kāi)始研究圓管管道機(jī)器人時(shí)常用的機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)不能很好的適應(yīng)管徑，而且不容易通過(guò)彎管。因此又出現(xiàn)了許多派生結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖1-2所示為韓國(guó)Sung Kyun Kwan大學(xué)Roh G、Ryew M等人研制的管道檢

49、測(cè)機(jī)器人。它是由前后兩節(jié)組成，中間萬(wàn)向節(jié)連接，每節(jié)由三組行星驅(qū)動(dòng)輪均勻支撐在管壁上，可調(diào)連桿調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪以適應(yīng)不同的管徑，前端帶CCD攝像頭。</p><p>　　圖1-2 內(nèi)支撐輪式管道機(jī)器人 圖1-3 螺旋推動(dòng)機(jī)器人</p><p>　　圖1-3為東京工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)出了基于螺旋輪式運(yùn)動(dòng)原理的管道機(jī)器人，該機(jī)器人的本體由幾個(gè)單元體通過(guò)彈簧連接而成。每個(gè)單元體上均

50、布有三只支撐臂，用螺旋彈簧將支撐臂上的小輪緊壓在管道內(nèi)壁上，產(chǎn)生預(yù)壓力。小輪的軸線(xiàn)相對(duì)單元體的軸線(xiàn)傾斜了一個(gè)角度，通過(guò)軟軸將扭矩作用于單元體上使微機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人采用可調(diào)整的三輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，解決了機(jī)器人垂直爬升、轉(zhuǎn)彎等行走方面的問(wèn)題，可視為基本三輪式管道機(jī)器人的派生機(jī)構(gòu)。</p><p>　?。?）履帶式管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人</p><p>　　履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)適合于未加工的天然路面行走，它是

51、輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的拓展，履帶本身起著給車(chē)輪連續(xù)鋪路的作用。相對(duì)于輪式機(jī)構(gòu)，履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)有著諸多優(yōu)點(diǎn)，如:支承面積大，接地比壓小;適合于松軟或泥濘場(chǎng)地進(jìn)行作業(yè)，下陷度小，滾動(dòng)阻力小，通過(guò)性能較好;越野機(jī)動(dòng)性好;履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力。</p><p>　　與輪式管內(nèi)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)類(lèi)似，履帶式管內(nèi)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)也可分為一般履帶式管內(nèi)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)及其派生機(jī)構(gòu)。</p&

52、gt;<p><b>　?、僖话懵膸?lt;/b></p><p>　　一般履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)多指雙履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其由左右兩側(cè)兩條履帶負(fù)責(zé)支撐整個(gè)機(jī)體，通過(guò)調(diào)整兩側(cè)履帶的運(yùn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎。圖1-4為一種采用普通履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人</p><p>　　圖1-4 普通履帶式管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人</p><p>　　雙

53、履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)雖然較一般的輪式機(jī)構(gòu)更適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，但其不適應(yīng)圓形管道是不爭(zhēng)的缺點(diǎn)。所以針對(duì)這個(gè)缺點(diǎn)，產(chǎn)生了很多改善其特性的派生機(jī)構(gòu)。</p><p>　?、谧兾宦膸揭苿?dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　變位履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)改變履帶的位置或履帶的機(jī)構(gòu)形式以達(dá)到適應(yīng)不同環(huán)境的要求，如圖1-5所示的一種雙履帶式管內(nèi)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，履帶采用剛性支承結(jié)構(gòu)，兩履帶的夾角可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的作業(yè)管徑。兩履帶

54、調(diào)節(jié)到平行位置時(shí)，可以在平地或矩形管道內(nèi)行走。這樣就大大改觀了普通履帶式機(jī)器人只能在水平管道內(nèi)行走的缺陷，但是這種機(jī)器人仍然有不能再圓管中行走的缺點(diǎn)。</p><p>　　圖1-5 變位雙履帶式管道機(jī)器人</p><p>　?、勐膸ё冃问揭苿?dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　履帶變形式移動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)改變履帶形狀及相關(guān)措施增加機(jī)構(gòu)的適應(yīng)性。雙履帶式管內(nèi)機(jī)器人采用楔形截面的履帶(

55、圖1-6 )，以增加履帶與壁面的接觸面積，并可通過(guò)車(chē)寬調(diào)整塊調(diào)節(jié)兩側(cè)楔形履帶的距離以適應(yīng)管徑變化，但與上述雙履帶式管內(nèi)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)一樣不適應(yīng)作業(yè)管徑變化的場(chǎng)合。</p><p>　　圖1-6 一種變形履帶式結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合，可以相應(yīng)的變化履帶的形狀為正梯形、平行四邊形、倒三角形等等。</p><p>　?。?）其他類(lèi)型管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)

56、器人</p><p>　　管道機(jī)器人常采用輪式和履帶式的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，但也有其他類(lèi)型的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，如蠕動(dòng)式機(jī)構(gòu)、步行機(jī)構(gòu)等。</p><p>　　圖1-7 蠕動(dòng)式管道機(jī)器人 圖1-8 步行式管內(nèi)機(jī)器人</p><p>　　圖1-7所示為一種蠕動(dòng)式管內(nèi)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，由美國(guó)斯坦福大學(xué)研制。蠕動(dòng)式管道機(jī)器人主要的應(yīng)用領(lǐng)域是小型管道，而正常的輪式和履帶式移

57、動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠適用于小型、中小型和大型的管道。</p><p>　　一種管內(nèi)步行式機(jī)器人，其行走過(guò)程如圖1-8，通過(guò)左右兩側(cè)腳鎖死和前后腿的機(jī)構(gòu)變化實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在管內(nèi)的行進(jìn)。但該機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，而且控制起來(lái)較繁瑣。</p><p>　　1.2.2 石油管道腐蝕檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀</p><p>　　管道發(fā)生腐蝕后，通常表現(xiàn)為管道的管壁變薄，出現(xiàn)局部的凹坑和麻點(diǎn)等。管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)

58、就是主要針對(duì)管壁的變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量分析的。在沒(méi)有開(kāi)挖管道的情況下進(jìn)行的管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)一般有漏磁通法、超聲波法、渦流法、激光法、電視法等。其中激光檢測(cè)法和電視測(cè)量法需和其他方法配合才能得出有效準(zhǔn)確的腐蝕數(shù)據(jù)，而渦流檢測(cè)法雖然可適用于多種黑色和有色金屬，探測(cè)蝕孔、裂紋、全面腐蝕和局部腐蝕，但是渦流對(duì)于鐵磁材料的穿透力很弱，只能用來(lái)檢查表面腐蝕。而且，如果在金屬表面的腐蝕產(chǎn)物中有磁性垢層或存在磁性氧化物，就可能給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)難以避免的誤差。

59、另外，由于渦流法的檢測(cè)結(jié)果與被測(cè)金屬的電導(dǎo)率有密切關(guān)系，為了提高測(cè)量精度還要求被測(cè)體系最好保持恒溫。所以，現(xiàn)在使用較為廣泛的管道腐蝕檢測(cè)方法是超聲波檢測(cè)法和漏磁檢測(cè)法。</p><p>　　其中，超聲檢測(cè)具有直接測(cè)量和定量化的特點(diǎn)，檢測(cè)精度高。漏磁檢測(cè)則局限于材料表面和近表面的檢測(cè)，被測(cè)管壁不能太厚，且檢測(cè)干擾因素多，精度較低，但是漏磁檢測(cè)能夠適應(yīng)比較惡劣的檢測(cè)環(huán)境。</p><p>　　

60、管內(nèi)漏磁檢測(cè)的工作原理如圖1-9所示，當(dāng)對(duì)管道進(jìn)行內(nèi)部檢測(cè)時(shí)，線(xiàn)圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)進(jìn)入被測(cè)管壁。此時(shí)，若被測(cè)管壁沒(méi)有受損，即不存在缺陷，則磁力線(xiàn)將不外溢；若被測(cè)管壁已受損減薄或存在裂縫，部分磁力線(xiàn)將外溢，此時(shí)，利用磁敏探頭采集信號(hào)，通過(guò)對(duì)信號(hào)的分析，即可確定管道壁的受損情況。</p><p>　　圖1-9 管內(nèi)漏磁檢測(cè)原理</p><p>　　由于漏磁法不是直接測(cè)定管壁厚度，且漏磁信號(hào)和缺陷之

61、間為非線(xiàn)性關(guān)系，檢測(cè)信號(hào)易受到管壁腐蝕缺陷的長(zhǎng)度、深度和缺陷形狀等因素的影響。因此，使用漏磁法檢測(cè)管壁厚度時(shí)要求被測(cè)管壁較薄，它不適合于厚壁管道的無(wú)損檢測(cè)。當(dāng)腐蝕缺陷的面積大于探頭的靈敏區(qū)時(shí)，壁厚的檢測(cè)精度高，而當(dāng)腐蝕缺陷的面積小于探頭的靈敏區(qū)時(shí)，壁厚的檢測(cè)精度難以得到保證。因此，漏磁檢測(cè)分為高分辨率檢測(cè)和低分辨率檢測(cè)兩種方法。高、低分辨率的劃分以所用探頭數(shù)的多少，或各探頭間的周向間距而定，一般為8-60mm。探頭數(shù)愈多，各探頭之間的周

62、向間距愈小，分辨率愈高，則檢測(cè)精度愈高。高分辨率漏磁檢測(cè)法對(duì)槽型缺陷具有良好的檢測(cè)效果，對(duì)長(zhǎng)寬比大于2，寬度小于探頭周向間距的槽型缺陷(約30×10mm)而言，當(dāng)采用探頭周向間距為30-40mm的漏磁檢測(cè)法檢測(cè)時(shí)，壁厚的檢測(cè)值明顯偏小。而采用探頭周向間距為8mm的漏磁檢測(cè)法再次對(duì)這種缺陷進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，則能精確測(cè)量出壁厚。</p><p>　　圖1-10 超聲波檢測(cè)原理圖</p><p&

63、gt;　　超聲波檢測(cè)法主要是利用超聲波的脈沖反射原理來(lái)測(cè)量管壁受蝕后的厚度，其檢測(cè)原理如圖1-10所示，檢測(cè)時(shí)垂直于管道壁的超聲探頭對(duì)管壁發(fā)出一個(gè)超聲脈沖后，探頭首先接收到由管壁內(nèi)表面反射的回波，隨后接收到由管壁外表面反射的回波。于是，探頭至內(nèi)壁的距離A與壁厚T，可以通過(guò)內(nèi)表面反射回波的時(shí)間，以及內(nèi)、外表面反射回波的時(shí)間差來(lái)確定。管道存在內(nèi)、外壁受損時(shí)，僅僅根據(jù)壁厚T曲線(xiàn)尚無(wú)法判別管道屬內(nèi)壁受損還是外壁受損，還需要參照探頭至內(nèi)壁的距離A

64、曲線(xiàn)。當(dāng)外壁受損減薄時(shí)，距離A曲線(xiàn)不變；而當(dāng)內(nèi)壁受損減薄時(shí)，距離T曲線(xiàn)與壁厚A曲線(xiàn)呈反對(duì)稱(chēng)。于是，根據(jù)距離A和壁厚T兩條曲線(xiàn)，即可確定管壁厚度，以及管道是內(nèi)壁受損減薄還是外壁受損減薄。這種檢測(cè)方法是管道腐蝕缺陷深度和位置的直接檢測(cè)方法，檢測(cè)原理簡(jiǎn)單，對(duì)管道材料的敏感性小，檢測(cè)時(shí)不受管道材料雜質(zhì)的影響。此外，超聲波法的檢測(cè)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，且無(wú)需校驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)非常適合作為管道最大允許輸送壓力的計(jì)算，為檢測(cè)后確定管道的使用期限和維修方案提供了極

65、大的方便，并能夠檢測(cè)出管道的應(yīng)腐蝕破裂和管壁內(nèi)的缺陷如夾雜等。這種方法的不足之處就是超聲波在空氣中衰減很快，檢測(cè)時(shí)一般要有聲波的傳</p><p>　　1.2.3 管道檢測(cè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　?。?）國(guó)外管道腐蝕檢測(cè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　國(guó)外漏磁檢測(cè)機(jī)器人（Magnetic Flux Leakage Intelligent Pig簡(jiǎn)稱(chēng)

66、MFL Pig）的研制始于70年代中期，至今已發(fā)展到第二代，而超聲波技術(shù)是80年代末才引入機(jī)器人的。國(guó)外最先將超聲波技術(shù)引入腐蝕檢測(cè)智能機(jī)器人的是日本的NKK（日本鋼管株式會(huì)社）和德國(guó)Pipetroix公司，以后加拿大、美國(guó)等也相繼研制了這類(lèi)超聲機(jī)器人。與漏磁檢測(cè)機(jī)器人相比，超聲檢測(cè)機(jī)器人(Ultrasonic Intelligent Pig簡(jiǎn)稱(chēng)UT Pig)由于檢測(cè)時(shí)不受管道壁厚的限制，它的出現(xiàn)被認(rèn)為是管道檢測(cè)技術(shù)的一大進(jìn)步，現(xiàn)在許多

67、國(guó)家的管道檢測(cè)技術(shù)人員也都在致力于這方面的研究。實(shí)踐也證明采用超聲波檢測(cè)法得出的數(shù)據(jù)確實(shí)比漏磁法更為精確?，F(xiàn)在國(guó)外的超聲檢測(cè)機(jī)器人的軸向判別精度可達(dá)3.3mm，管道圓周分辨精度可達(dá)8mm，機(jī)體外徑可由159mm到1504mm，機(jī)器人的行程可達(dá)50~200km，行走速度最高可達(dá)2m/s。目前國(guó)外管道公司在長(zhǎng)輸管道腐蝕檢測(cè)中，廣泛采用的主要是第二代漏磁管道腐蝕檢測(cè)器和超聲波管道腐蝕檢測(cè)器，世界上接受腐蝕檢測(cè)服務(wù)的油氣管道已達(dá)數(shù)十萬(wàn)公里，并取

68、得了很好的效果。</p><p>　　隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人檢測(cè)技術(shù)有望在以下幾個(gè)方面取得進(jìn)一步發(fā)展：將定位輪的純機(jī)械傳動(dòng)與現(xiàn)有的光、電技術(shù)相結(jié)合，勢(shì)必提高內(nèi)定位的精度、減少對(duì)外定位的依賴(lài)；利用現(xiàn)今機(jī)器人的一些行走技術(shù)，增添檢測(cè)機(jī)器人的自我行走機(jī)構(gòu)，可大大提高機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性能。</p><p>　　隨著電池行業(yè)向著高能、高效方向的發(fā)展，以新型電池(如塑料電池)替代理電池將是可能的。

69、這會(huì)減少機(jī)器人的體積、降低機(jī)器人的造價(jià)、提高機(jī)器人的續(xù)航能力。</p><p>　　在不遠(yuǎn)的將來(lái)，有望實(shí)現(xiàn)以管道為信號(hào)載體或利用其它手段將檢測(cè)信號(hào)傳至地面做到在役管道的實(shí)時(shí)檢測(cè)。</p><p>　?。?）國(guó)內(nèi)管道腐蝕檢測(cè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　相比較而言，我國(guó)的地下管道檢測(cè)技術(shù)仍處于起步探索階段，大部分管線(xiàn)不僅沒(méi)有使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，而且各種檢測(cè)管

70、道腐蝕的技術(shù)也大都停留在管外檢測(cè)，方法傳統(tǒng)落后。管道的各種智能檢測(cè)機(jī)器人仍在研究中，成熟的產(chǎn)品尚未開(kāi)發(fā)出來(lái)。盡管某些科研單位己研制出了幾種功能樣機(jī)，但它們只能對(duì)空管道進(jìn)行檢測(cè)，很難滿(mǎn)足實(shí)際要求。由于國(guó)外的智能檢測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，通常是幾百萬(wàn)元一套儀器?，F(xiàn)在我國(guó)的大部分油田都沒(méi)有引進(jìn)這種設(shè)備，而只是采用傳統(tǒng)的管道外檢測(cè)方法，這就無(wú)法對(duì)埋地管道腐蝕受損情況進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)，從而造成了一些重大損失。</p><

71、p>　　此外，從國(guó)內(nèi)管道技術(shù)公司買(mǎi)進(jìn)的超聲波機(jī)器人和漏磁機(jī)器人的使用情況來(lái)看，使用超聲機(jī)器人檢測(cè)的過(guò)程中存在的最大問(wèn)題是:與國(guó)外的石油品質(zhì)相比，我國(guó)的石油大部分是稠油，石油在管道內(nèi)的結(jié)蠟較厚，每次探測(cè)都需清洗數(shù)次。但檢測(cè)時(shí)在管壁上和液體介質(zhì)中仍會(huì)有少量的蠟片存在，這些蠟片往往嚴(yán)重影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而導(dǎo)致檢測(cè)精度的降低;而漏磁機(jī)器人檢測(cè)時(shí)不受蠟片的影響，但其檢測(cè)精度不如超聲機(jī)器人高，對(duì)管道上的軸向裂縫檢測(cè)還有一定的困難，而且由

72、于漏磁技術(shù)是檢測(cè)管道壁厚的間接檢測(cè)方法，用其檢測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)直觀顯示管壁的缺陷也比較困難。</p><p>　　從上述分析可知，用智能機(jī)器人在管道內(nèi)檢測(cè)管道腐蝕狀況己成為現(xiàn)在世界石油天然氣行業(yè)的趨勢(shì)，而且目前管道內(nèi)智能機(jī)器人在國(guó)內(nèi)尚屬一項(xiàng)空白技術(shù)。因國(guó)外對(duì)智能機(jī)器人技術(shù)施行技術(shù)保密，所以我國(guó)應(yīng)針對(duì)國(guó)外智能機(jī)器人的不足之處，結(jié)合國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況，在管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)方面加大研究的力度，研制開(kāi)發(fā)出自己的適合我國(guó)國(guó)情的智能

73、檢測(cè)機(jī)器人，并進(jìn)一步提高機(jī)器人檢測(cè)時(shí)的抗干擾能力，完善檢測(cè)數(shù)據(jù)的視圖工具。</p><p>　　1.3 本課題研究思路與主要內(nèi)容</p><p>　　本論文結(jié)合石油管道裂紋檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)要求，擬完成φ300mm石油管道裂紋檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容如下：</p><p>　　第1章：根據(jù)石油管道的特殊環(huán)境與行走、檢測(cè)作業(yè)要求，提出了一種基于萬(wàn)向節(jié)聯(lián)接的驅(qū)動(dòng)

74、電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)共同作用的兩段式內(nèi)螺旋推進(jìn)行走管道機(jī)器人總體方案；</p><p>　　第2章：對(duì)機(jī)器人內(nèi)螺旋推進(jìn)行走機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算與選型的基礎(chǔ)上，保證機(jī)器人在管內(nèi)正常行走；</p><p>　　第3章：設(shè)計(jì)里程輪機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)管內(nèi)定位，即確定所檢測(cè)到裂紋缺陷的位置，然后提出了采用超聲波檢測(cè)技術(shù)從內(nèi)部對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)，并完成了超聲波檢測(cè)探頭的固定與檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)；提出了超聲波檢測(cè)管道

75、裂紋的軟硬件測(cè)控系統(tǒng)方案；</p><p>　　第4章：對(duì)管道機(jī)器人總結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了SolidWorks三維建模，通過(guò)導(dǎo)入到ADAMS 2005中，建立管道機(jī)器人虛擬樣機(jī)模型，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了仿真，以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的總體方案是否符合φ300mm石油管道裂紋超聲波檢測(cè)的需要。</p><p><b>　　1.4本章小結(jié)</b></p><p>

76、;　　智能機(jī)器人在管道內(nèi)檢測(cè)管道腐蝕狀況己成為現(xiàn)在世界石油天然氣行業(yè)的趨勢(shì)，而且目前管道內(nèi)智能機(jī)器人在國(guó)內(nèi)尚屬一項(xiàng)空白技術(shù)。因國(guó)外對(duì)智能機(jī)器人技術(shù)施行技術(shù)保密，所以我國(guó)應(yīng)針對(duì)國(guó)外智能機(jī)器人的不足之處，結(jié)合國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況，在管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)方面加大研究的力度，研制開(kāi)發(fā)出自己的適合我國(guó)國(guó)情的智能檢測(cè)機(jī)器人，并進(jìn)一步提高機(jī)器人檢測(cè)時(shí)的抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可視化。</p><p>　　第2章 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人的

77、總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　本機(jī)器人的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：符合φ300mm石油管道的適用要求和工作環(huán)境，研究石油管道超聲檢測(cè)技術(shù)。本章將對(duì)機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)、檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)和機(jī)器人在管道中的定位系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于采用超聲波檢測(cè)技術(shù)從內(nèi)部對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)，因此本文考慮檢測(cè)探頭的固定，即要完成對(duì)檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)；其次要考慮機(jī)器人的推進(jìn)動(dòng)力和機(jī)械結(jié)構(gòu)，以保證機(jī)器人在管內(nèi)正常行走；再次要確定所檢測(cè)到缺陷的位置，

78、這就要設(shè)計(jì)一個(gè)里程機(jī)構(gòu)（管內(nèi)定位）；最后還要建立一個(gè)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。</p><p>　　2.1 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1.1 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人總體方案要求的提出</p><p>　　機(jī)器人在沿石油管道檢測(cè)時(shí)，需要克服石油管道截面變形、內(nèi)壁不平產(chǎn)生突起或凹坑、過(guò)彎管等因素的影響，這就需要機(jī)器人對(duì)管道直徑變化有一定的適應(yīng)能力。

79、</p><p>　　此次設(shè)計(jì)的要求如下：①管道內(nèi)徑D=300mm，驅(qū)動(dòng)力F=800N；②行進(jìn)速度v=0.1m/s，能通過(guò)U型管道；③能夠搭載微型CCD和無(wú)損檢測(cè)傳感器對(duì)管道內(nèi)的裂紋和腐蝕缺陷等進(jìn)行檢測(cè)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)之前，通過(guò)比較多種目前比較成熟的管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的優(yōu)選，以便設(shè)計(jì)出最適合石油管道、生活用管道的檢測(cè)機(jī)器人。</p><p

80、>　　2.1.2 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人總體方案的比較</p><p>　?。?）車(chē)輪式管道機(jī)器人</p><p>　　該機(jī)器人具有如下優(yōu)點(diǎn)：采用了一種簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)方式，并且只用了一個(gè)電機(jī)；能耗低；可以在水平的、垂直的、彎曲的管道中工作；可以自適應(yīng)變直徑的管道，并且能夠通過(guò)管道內(nèi)的小障礙物。</p><p>　　圖2-1 管道內(nèi)輪式機(jī)器人</p>&l

81、t;p>　　該機(jī)器人結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：采用輪式載體，牽引力強(qiáng)，速度快，轉(zhuǎn)向容易，能夠?qū)崿F(xiàn)垂直行走及90°彎管，對(duì)管徑的變化具有一定適應(yīng)性；由三個(gè)或多個(gè)行走單元組成，在管道截面上平均分布。每個(gè)行走單元由電機(jī)、減速傳動(dòng)系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)和行走系統(tǒng)組成；減速傳動(dòng)系統(tǒng)由一對(duì)蝸輪蝸桿副組成，能夠輸出較大的扭矩；支撐系統(tǒng)采用剪刀式結(jié)構(gòu)，依靠拉伸彈簧將行走單元緊壓在管道內(nèi)壁上，依靠車(chē)輪與內(nèi)壁的摩擦力前進(jìn)或后退；每個(gè)單元的行走系統(tǒng)由一個(gè)主動(dòng)輪和一個(gè)

82、被動(dòng)輪組成。</p><p>　?。?）腳式管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人</p><p>　　西門(mén)子公司W(wǎng)erner Neubauer等人研制的管道機(jī)器人有4、6、8支腳三種類(lèi)型，可在各種類(lèi)型的管里移動(dòng)，其基本原理是利用腿推壓管壁來(lái)支撐個(gè)體，多腿可以便地在各種形狀的彎管內(nèi)移動(dòng)。</p><p>　　圖2-2 管內(nèi)腳式機(jī)器人</p><p>　　國(guó)內(nèi)的太

83、原理工大學(xué)研制成功管內(nèi)腳式行走機(jī)器人。該機(jī)器人可在管內(nèi)雙向行走，自動(dòng)隨管道彎度轉(zhuǎn)向。該機(jī)器人由撐腳機(jī)構(gòu)、牽引機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)構(gòu)成，如圖2-2。該機(jī)器人主要適用于較大管徑的管道，尤其以非圓形管道為主，在圓形管道方面不如輪式機(jī)器人的適應(yīng)性強(qiáng)。</p><p>　　（3）蠕動(dòng)式管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人</p><p>　　基于爬行生物的運(yùn)動(dòng)原理，以各種驅(qū)動(dòng)器為動(dòng)力，專(zhuān)家們?cè)O(shè)計(jì)并研制出多種形式的蠕動(dòng)式管道

84、檢測(cè)機(jī)器人。由于蠕動(dòng)式管道機(jī)器人行動(dòng)較為緩慢，不適合于需要迅速查清管道內(nèi)部缺陷的要求，在設(shè)計(jì)方面也需要一些生物知識(shí)，較難實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖2-3 蠕動(dòng)式管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人</p><p>　　清華大學(xué)研制了一套小型蠕動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其機(jī)構(gòu)如圖2-3，由1 蠕動(dòng)體和2、3、4電致伸縮微位移器組成。蠕動(dòng)體的蠕動(dòng)變形形態(tài)由粘貼于柔性鉸鏈部位的電阻應(yīng)變實(shí)時(shí)感應(yīng)，機(jī)器人的外形尺寸為150&

85、#215;61×46mm，重2kg，最大步距10，行程40mm，運(yùn)動(dòng)精度0.2。</p><p>　?。?）利用介質(zhì)壓差驅(qū)動(dòng)的管道檢測(cè)機(jī)器人</p><p>　　利用管道流體壓力對(duì)管道進(jìn)行直接檢測(cè)和清理技術(shù)的研究始于上世紀(jì) 50年代，最具代表性的是美國(guó)研制的一種介質(zhì)壓差驅(qū)動(dòng)的管內(nèi)清理及檢測(cè)設(shè)備，由于該檢測(cè)機(jī)器人是靠管道內(nèi)部流體在其前后所形成的壓力差作用下在管道內(nèi)運(yùn)行的，因此被稱(chēng)為

86、介質(zhì)壓差驅(qū)動(dòng)的管道檢測(cè)機(jī)器人，如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 美國(guó)的PIG（Pipeline Inspection Gauge）</p><p>　　利用介質(zhì)壓差驅(qū)動(dòng)的管道檢測(cè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)需要較為輕巧，而且要求機(jī)械本體密封性較高，在使用的過(guò)程中需要管內(nèi)的流體有一定流速，對(duì)管道的自適應(yīng)不是很強(qiáng)。</p><p>　?。?）通過(guò)彈性桿外加推力的管道檢測(cè)機(jī)器

87、人</p><p>　　日本東京科技學(xué)院利用外加推力研制成“螺旋原理”的微型機(jī)器人，如圖2-5。利用在管外的電機(jī)推動(dòng)帶有彈性的線(xiàn)推動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件前進(jìn)，該驅(qū)動(dòng)部件可以越過(guò)小的臺(tái)階。該管道機(jī)器人的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但是其對(duì)于較長(zhǎng)管道的適應(yīng)性不如輪式。</p><p>　　圖2-5 通過(guò)彈性桿外加推力的管道檢測(cè)機(jī)器人</p><p>　　2.2 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人總體方案的組成&

88、lt;/p><p>　　經(jīng)過(guò)對(duì)以上幾種行走、驅(qū)動(dòng)方案的比較，決定采用以下的設(shè)計(jì)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，示意圖如2-6所示。</p><p>　　1旋轉(zhuǎn)體1 2支撐體1 3驅(qū)動(dòng)電機(jī) 4萬(wàn)向節(jié)1</p><p>　　5探測(cè)倉(cāng) 6里程輪 7旋轉(zhuǎn)電機(jī) 8超聲波探頭</p><p>　　9萬(wàn)向節(jié)2 10驅(qū)動(dòng)電機(jī)11支撐體2

89、 12旋轉(zhuǎn)體2</p><p>　　圖2-6 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖2-6所示的管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人主要包含三個(gè)部分：驅(qū)動(dòng)行走部分、里程輪定位部分和超聲波探測(cè)缺陷部分。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)體上面的6個(gè)驅(qū)動(dòng)輪沿著管壁進(jìn)行螺旋旋轉(zhuǎn)，前端和后端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反，在與管壁的摩擦作用下，使整體的前進(jìn)方向一致。驅(qū)動(dòng)電機(jī)在啟動(dòng)后，帶動(dòng)行星齒輪系進(jìn)行減速后，以穩(wěn)定

90、的速度驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)器人進(jìn)行管道內(nèi)部檢測(cè)。</p><p>　　石油管道檢測(cè)環(huán)境要求機(jī)器人的行程很長(zhǎng)，這就對(duì)機(jī)器人的動(dòng)力提出了要求。為了適應(yīng)長(zhǎng)距離的行走，這里采用雙驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)提供動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)在管道內(nèi)部的正常行走和檢控。在此基礎(chǔ)上，需要在機(jī)器人的尾端使用線(xiàn)索連接上，這是為了防止機(jī)器人在計(jì)策過(guò)程中出現(xiàn)卡死現(xiàn)象時(shí)，可以采用人工拖拉將機(jī)器人帶回安全的地面環(huán)境并進(jìn)行檢修。</p><p>　　2.2.1

91、 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人里程輪定位系統(tǒng)</p><p>　　管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人里程輪定位系統(tǒng)是在機(jī)器人通過(guò)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)裂紋、腐蝕等缺陷之后，能夠準(zhǔn)確定位缺陷的位置，從而便于修復(fù)設(shè)備對(duì)所在管道段進(jìn)行修復(fù)。</p><p>　　由于管道內(nèi)檢測(cè)器拾取的管道腐蝕或者形變信號(hào)是同管道位置一一對(duì)應(yīng)的。因此對(duì)于判斷管道腐蝕位置,選擇開(kāi)挖地點(diǎn),要依據(jù)管道內(nèi)檢測(cè)器在管道中運(yùn)行時(shí)對(duì)自身位置的測(cè)量。管道內(nèi)檢測(cè)

92、器的定位方法由2部分組成:一是里程輪定位,二是地面標(biāo)記系統(tǒng)。里程輪是固定在檢測(cè)器上的裝置。在檢測(cè)過(guò)程中,它沿著管道壁滾動(dòng),輪子每轉(zhuǎn)過(guò)一定角度(對(duì)應(yīng)檢測(cè)器走過(guò)一定距離) ,安裝在輪子上的傳感器發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào),計(jì)算機(jī)連續(xù)收集此信號(hào)可以計(jì)算出檢測(cè)器相對(duì)位置。但是,里程輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中可能出現(xiàn)打滑等現(xiàn)象,造成里程計(jì)量的誤差,檢測(cè)距離越長(zhǎng),累計(jì)的誤差就越大,地面標(biāo)記系統(tǒng)的作用是將幾十千米的長(zhǎng)輸管道分成幾千米的小段,在管道內(nèi)檢測(cè)器經(jīng)過(guò)這些小段的端點(diǎn)

93、時(shí),檢測(cè)器記錄下自身計(jì)量的里程值。因?yàn)橐阎@些端點(diǎn)的準(zhǔn)確位置,據(jù)此對(duì)檢測(cè)器計(jì)量的里程值進(jìn)行修正。</p><p>　　管道內(nèi)情況復(fù)雜,里程輪可能出現(xiàn)打滑、故障等情況,因此一般在管道徑向圓周內(nèi)安裝3個(gè)或者4個(gè)里程輪,每個(gè)里程輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中都會(huì)發(fā)出1路脈沖信號(hào),此信號(hào)攜帶管道內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行速度信息。這里必須選擇其中1路誤差最小的信號(hào)作為里程計(jì)量信號(hào)進(jìn)行跟蹤。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中所跟蹤信號(hào)可能出現(xiàn)故障,比如打滑、停轉(zhuǎn),因此,

94、要通過(guò)實(shí)時(shí)比較幾路信號(hào)的方法來(lái)確定當(dāng)前跟蹤的信號(hào)是否正常。若正常,則繼續(xù)跟蹤此路信號(hào)；若不正常,則要選擇其他的里程輪信號(hào)進(jìn)行跟蹤。里程輪工作狀態(tài)的判斷要快速準(zhǔn)確,這樣才能減少里程計(jì)量誤差。</p><p>　　2.2.2 管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)外的管道中既有圓管又有方管，同時(shí)還有垂直方向的管道，針對(duì)各種管道和不同工況，提出了螺旋式和履帶式兩種機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)

95、方案，但鑒于石油管道和生活用管道大多采用圓形，因此只分析螺旋式移動(dòng)方案。</p><p>　　螺旋式移動(dòng)機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)體和支撐體組成。三組驅(qū)動(dòng)輪均勻分布于旋轉(zhuǎn)體上，且與管壁呈一定的傾斜角8。隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)，使驅(qū)動(dòng)輪沿管壁作螺旋運(yùn)動(dòng)，保持機(jī)構(gòu)沿管道中心軸線(xiàn)移動(dòng)。改變施加于電機(jī)的電流極性，可改變機(jī)器人的移動(dòng)方向，從而使機(jī)器人在管內(nèi)進(jìn)退自如。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用內(nèi)嵌方式安裝在支撐體上。旋轉(zhuǎn)體和支撐

96、體的輪腿上裝有彈性機(jī)構(gòu)。腿輪與本體之間有彈簧連接，靠螺釘固定，彈簧的伸縮自動(dòng)調(diào)節(jié)位置，腿輪可以伸縮，從而可以自動(dòng)適應(yīng)管道內(nèi)徑的變化，結(jié)構(gòu)如圖2-8所示。</p><p>　　圖2-8 螺旋驅(qū)動(dòng)部分示意圖</p><p>　　本方案僅適用于圓形管道，具有以下優(yōu)點(diǎn):</p><p>　　(1)前進(jìn)速度快，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性高;</p><p>　　(2)

97、對(duì)管徑大小和管道形狀變化的適應(yīng)性較強(qiáng);</p><p>　　(3)壓緊力由機(jī)械結(jié)構(gòu)保證，整體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，而且控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn);</p><p>　　管道機(jī)器人在管道內(nèi)部實(shí)際受力情況很復(fù)雜，本文只考慮機(jī)器人垂直管道上升時(shí)的情況，因?yàn)樵撨^(guò)程受到的負(fù)載最大。機(jī)械平臺(tái)共有6組12個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和6組12個(gè)支撐輪，為了計(jì)算出的負(fù)載能力有一定的安全系數(shù)，所以只考慮12個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的負(fù)載能力來(lái)平衡機(jī)械本體的負(fù)載，受

98、力圖如圖2-9所示。</p><p>　　—機(jī)器人相對(duì)管道軸線(xiàn)下滑趨勢(shì)產(chǎn)生的摩擦力；—機(jī)器人沿管道螺旋線(xiàn)方向的摩擦力；—管壁對(duì)車(chē)輪的正壓力；—車(chē)輪與管道軸線(xiàn)的夾角；—車(chē)輪滾動(dòng)摩擦力矩；—來(lái)自車(chē)輪軸的摩擦力矩； —軸承的支反力；—電機(jī)輸出角速度；—電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；—機(jī)器人總重量</p><p>　　圖2-9 驅(qū)動(dòng)部分受力簡(jiǎn)圖</p><p>　　2.2.3 管道檢測(cè)作業(yè)

99、機(jī)器人檢測(cè)控制系統(tǒng)</p><p>　　在役輸油管道檢測(cè)機(jī)器人的研制開(kāi)發(fā)中，很重要的環(huán)節(jié)就是機(jī)器人要能準(zhǔn)確檢測(cè)到管道缺陷，即通過(guò)傳感器的作用，在管道機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中測(cè)定管道的壁厚厚度，準(zhǔn)確處理測(cè)到的數(shù)據(jù)。本文主要介紹了旋轉(zhuǎn)超聲探頭的檢測(cè)原理以及處理方法。超聲波檢測(cè)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種無(wú)損檢測(cè)方法，它具有靈敏度高、穿透力強(qiáng)、探傷靈活、效率高、成本低，對(duì)人體無(wú)傷害等優(yōu)點(diǎn)，不僅可探測(cè)金屬及非金屬材料的缺陷（內(nèi)部和

100、表面的），還可以測(cè)定材料的厚度及強(qiáng)度。</p><p>　　超聲測(cè)距的原理也是通過(guò)檢測(cè)超聲波從發(fā)射到反射的時(shí)間來(lái)進(jìn)行測(cè)距的，通常其所選擇的基本頻率與所要測(cè)量的距離相關(guān)。在移動(dòng)機(jī)器人研究中，單個(gè)超聲波傳感器的測(cè)量開(kāi)角有限，為獲取平面內(nèi)更大范圍信息，通常將多個(gè)傳感器排著環(huán)形或其他形狀陣列。超聲傳感器的環(huán)境適應(yīng)能力相對(duì)較強(qiáng)，體積小，價(jià)格低廉，在早期的移動(dòng)機(jī)器人研究中使用較多，但它同激光測(cè)距儀相比在性能和精度上存在明顯不

101、足:(1)由于超聲波在空氣中的傳播時(shí)能量會(huì)有較大的衰減，因此如果反射的超聲能量太弱以至于低于某一門(mén)限值，那就會(huì)得不到距離信息，而且通常超聲的返回信號(hào)會(huì)有比較大的噪聲干擾，導(dǎo)致難以得到準(zhǔn)確的距離信息。Birsel和Barshan等人為超聲反射信號(hào)的幅度建立了模型，并采用了證據(jù)推理方法來(lái)得到相對(duì)可靠的距離;(2)超聲的波長(zhǎng)一般在幾個(gè)毫米級(jí)別，比一般室內(nèi)環(huán)境表面的粗糙度要大很多，因此容易發(fā)生鏡面反射現(xiàn)象。這樣換能器發(fā)射出去的聲波往往要經(jīng)過(guò)多次

102、鏡面反射才能到達(dá)接收器，導(dǎo)致測(cè)得距離出錯(cuò);(3)超聲波波束角較大，且存在不同傳感器間交叉干擾的問(wèn)題，使得反射目標(biāo)點(diǎn)的準(zhǔn)確方位難以確定。相對(duì)激光雷達(dá)，超聲測(cè)距的數(shù)據(jù)采集延遲也比較大。因此，超聲波傳感器一般僅</p><p>　　超聲波是指頻率在2000以上，不能引起正常人聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)波，是物體的機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播所形成的機(jī)械振動(dòng)波。由于聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中的傳播方向不同，聲波的波形也不同，

103、聲波的波形可分為：縱波、橫波、表面波、蘭姆波。</p><p>　　縱波、橫波及表面波的速度取決于介質(zhì)的彈性常數(shù)及介質(zhì)密度。在役石油管道的受蝕缺陷主要是管壁的受蝕減薄，用超聲檢測(cè)技術(shù)來(lái)探測(cè)輸油管道壁厚的厚度最為簡(jiǎn)便和直接，其檢測(cè)原理如圖2-7。</p><p>　　圖2-7 管道機(jī)器人測(cè)量壁厚的原理圖</p><p>　　當(dāng)超聲探頭對(duì)管壁發(fā)出一個(gè)超聲脈沖后，探頭首先

104、接收到由管壁的內(nèi)表面反射回來(lái)的脈沖，這個(gè)脈沖與基準(zhǔn)脈沖之間的間距是很容易測(cè)量的，該間距值表示為。然后，超聲探頭又會(huì)接收到由管壁的外表面反射回來(lái)的脈沖，這個(gè)脈沖與內(nèi)表面產(chǎn)生的脈沖之間的間距為值就反映了管壁的厚度。對(duì)于反射波，要經(jīng)處理、整形后形成厚度方波，為了達(dá)到預(yù)求的精度，該方波還要被放大數(shù)十倍，另外還需對(duì)放大的方波進(jìn)行脈沖填充，脈沖填充的個(gè)數(shù)的多少就構(gòu)成了所測(cè)厚度的具體數(shù)據(jù)，在檢測(cè)時(shí)，這些數(shù)據(jù)需實(shí)時(shí)存入機(jī)器人體內(nèi)的存儲(chǔ)器中，最終的數(shù)據(jù)分

105、析由地面的計(jì)算機(jī)完成。</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章在分析各種管道檢測(cè)機(jī)器人各種方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合本課題設(shè)計(jì)目標(biāo)，提出了基于內(nèi)螺旋推進(jìn)管道檢測(cè)機(jī)器人總體方案，其中行走機(jī)構(gòu)采用行星齒輪系傳遞動(dòng)力和膠輪式可轉(zhuǎn)橡膠輪，裂紋位置確定采用里程輪定位系統(tǒng)，裂紋檢測(cè)采用超聲波檢測(cè)方案，為后續(xù)具體設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)提供了理論基礎(chǔ)。<