管道机器人毕业设计.doc

第一章 概述 1. 1 机器人概述 机器人----这一词最早使用始于1920年至1930年期间在捷克作家凯勒尔*凯佩克（Karel capek）的名为罗莎姆的万能机器人的幻想剧中，一些小的人造的和拟人的傀儡绝对地服从其主人的命令。这些傀儡被称为“机器人”。该单词起源于捷克语“robota”。意思是“强制的劳动”。 机器人的组成与人类相似。举例说，人搬运某一物体的运动过程可用图（a）所示的方块图来说明。首先，人听到外部的命令或用眼睛看到外部的指令，并由眼睛测量出距离。感受到这两种信息经过感觉神经送到大脑中，大脑经过分析计算，然后通过运动神经发出指令，手臂用最好的方式伸向物体，并将物体抓住，手上的感觉神经，感觉物体已经抓牢了，把信息传给大脑。大脑命令手抓起物体，同时指令脚移动到所要求到达的地点，最后放下物体。一般包括以下几个部分见图（b）： 1.控制中枢（相当于人的大脑）； 2.操作装置（相当于人的手）； 3.行走装置（相当于人的脚）； 4.有感觉的机器人还必须有感觉装置以及与外界环境联系的装置（相当于人的口、耳、眼、鼻以及皮肤上的感觉神经）。 实际的机器人在不同的程度上具有两种特有的属性：对环境的通用性和自动适应性。①通用性：具有完成各种任务以及以不同的方式完成相同的结构或机械能力。这意味着机器人的机械结构具有可变的机械形状。②自动适应性： 是指一个机器人必须被设计成由其自己去完成任务，尽管难以预知，但却可以有限的知道在完成任务期间环境的变化，通过改变路径、姿态等来处理所面对的问题，最终完成任务。为了对机器人进行分类，必须能够定义和区分不同的类型，因此根据不同的定义就有不同的分类方法。现在使用的有很多种。以下介绍日本工业机器人协会（JIRA）的分类方法： 第一类：手工操作装置：一种由操作人员操作的具有若干个自由度（DOF）的装置； 第二类：固定程序的机器人：依照预定的不变的方法按部就班执行任务的操作装置，对任务的执行顺序很难进行修改； 第三类：可变程序的机器人：与第二类是同一种类型的操作装置，但其执行步骤可以修改； 第四类：再现式机器人：操作人员通过手动方式引导或控制机器人完成任务，而机器人控制装置则记录其运动轨迹，需要时可以重新调出记录的轨迹信 息，机器人就能以自动的方式完成任务； 第五类：数值控制机器人：由操作人员给机器人提供运动程序，而不是用手动方式教导机器人完成指定的作业任务； 第六类：智能机器人:通过对环境变化的感知，改变其运动轨迹、姿态等措施圆满的完成任务。 机器人的诞生和机器人学的建立无疑是20世纪人类科学技术的重大成就。自60年代初机器人问世以来，作为20世纪人类最伟大发明之一的机器人技术，经历了近半个世纪的发展，已取得了长足的进步。特别是到了20世纪90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。除了用于工业生产中从事焊接、喷漆、搬运和装配等作业的工业机器人的水平不断提高之外，各种用于非制造业的特种、智能机器人系统也有了长足的进展。工业机器人在经历了诞生－成长－成熟期后，已成为现代先进制造业中必不可少的核心装备，当今世界上约有上百万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在各条战线上。非制造业中的仿人性机器人、农业机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人、服务机器人等各种用途的特种机器人也正以飞快的速度向实用化迈进。 1.2 管道机器人概述 20世纪70年代以来, 石油、化工、天然气及核工业等产业迅速发展, 各种管道作为一种重要的物料输送设施, 得到了广泛应用。由于腐蚀、重压等作用, 管道不可避免地会出现漏孔、裂纹等现象。同时多数管道安装环境人们不能直接到达或不允许人们直接进入, 为进行质量检测和故障诊断, 采用传统的全面挖掘法、随机抽样法工程量大, 准确率低, 管道机器人就是为解决这一实际问 题产生的。它是由可沿管道内部或外部自动行走装置、携有一种或多种传感器及操作装置如：机械手、喷枪、焊枪、刷子。管道机器人的工作空间是复杂、封闭的各种管道, 包括水平直管、各角度弯管、斜坡管、垂直管以及变径管接口等, 所以需要在操作人员的遥控操作或计算机自动控制下, 进行一系列管道作业。管道机器人可完成的管道作业有以下几类： 1.生产、安装过程中的管内外质量检测。 2.恶劣环境下管道清扫、喷涂、焊接、内部抛光等维护。 3.使用过程中焊缝情况、表面腐蚀、裂缝破损等故障诊断。 4.对埋地旧管道的修复。 5.管道内外器材运送、抢救等其它用用途。 1.