管道履带式机器人毕业论文.doc

管道履带式机器人毕业论文 1绪论 管道机器人在人类社会中已经迅速的漫延开来，这一切都应归公于它自身的特点。因此，国内外都在不断的开发和研制更适合管内行走的管道机器人，并开始走向微型化、智能化，使之性能更宜人化，可控性更好，准确性更高。但是管道机器人由于受到它工作环境的限制和沉重的任务负担，致使它也不断面临着更多，更严重的困难和问题。如何解决？已经成为现代人的责任和发展方向。 1.1管道机器人发展概况 1.1.1国外管道机器人研究进展 国外关于燃气管道机器人的研究始于20世纪40年代，由于70年代的微电子技术、计算机技术、自动化技术的发展，管道检测机器人技术于90年代初得到了迅猛发展并接近于应用水平。一般认为，法国的J．VERTUT较早从事管道机器人理论和样机的研究，1978年他提出了轮腿式管内行走机构模型IPRIV，该机构虽然简单，但起了抛砖引玉的作用 。 日本机器人的发展经过了60年代的摇篮期，70年代的实用期，到80年代进入普及提高期，开始在各个领域内广泛推广使用机器人。日本管道机器人众多，东京工业大学航空机械系Shigeo Hirose和Hidetaka Ohno等于1993年开始研究管道机器人，先后研制成功适用于直径50mm管道的Thes-Ⅰ、Thes-Ⅱ型管道机器人和适用于直径150mm管道的Thes-Ⅲ型管道机器人。 Thes-Ⅰ型管道机器人的主要特点是轮子的倾斜角可以随着阻力大小的改变而改变，当机器人的负载较大时，轮子的倾斜角将产生变化，从而减小行走速度，增加推进力。Thes-Ⅱ型管道机器人的总长为300mm，质量只有3l0g。 Thes-Ⅱ型管道机器人的每一节机器人单元的左右两侧分别布置着由弹簧板支撑的一对轮子，轮子由带减速齿轮箱的电动机驱动，从而实现机器人在管道中的前进和后退运动，Thes-Ⅱ型管道机器人可以很容易地在带有几个弯管接头的管道中运动。 Thes-Ⅲ型管道机器人如图1-1所示，其采用“电机一蜗轮蜗杆一驱动轮” 的驱动方案，同时每个驱动轮都有一个倾斜角度测量轮，通过测量轮探测机器人的倾斜角度，并反馈给电机从而保证管道机器人的驱动轮以垂直的姿态运动。该管道机器人系统通过CCD摄像头实现信息的采集，整个系统采用拖缆控制方式，检测距离超过100m。 图1-1 Thes-Ⅲ型管道机器人 Fig.1-1 Thes-Ⅲ Pipeline robot 美国是机器人的诞生地，早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人，是世界上的机器人强国之一， 其基础雄厚，技术先进，并有很多管道机器人产品。美国Inuktun公司系列管道检测机器人Versatrax是国外现有的已成型管道机器人。Versatrax 150 检测管道最小直径为150mm，防水深度30m，电缆范围160m，速度0～10m／min，有效载荷92kg，CCD彩色直视摄像头。Versatrax 300”VLR检测管道最小直径为3omm，防水深度30m，电缆范围1830m，速度0～10m／min，有效载荷184kg，CCD彩色直视摄像头。 美国纽约煤气集团公司(NYGAS)的DaphneD’Zurko和卡内基梅隆大学机器人技术学院的HagenSchempf博士在美国国家航空和宇宙航行局(NASA)的资助下于2001年开发了长距离、无缆方式的管道机器人系统——EXLORER，专门用于检测地下煤气管道的情况， 如图1-2所示。该管道机器人系列EXPLORER就有如下特征：(1)一次作业检测距离长，采用无缆方式， 自带电池并且电池可以多次反复充电，使管道机器人具有良好的自推进能力。(2)可以在铸铁和钢质煤气管道中，低压和高压条件下工作。(3)管道机器人的彩色摄像头采用嵌入式“鱼眼” 镜头，结构非常紧凑。(4)可以顺利通过90。的弯管接头和垂直管道。(5)与外部操作人员采用无线通讯方式。(6)该管道机器人可以探测煤气管道内部是否水渗透、碎片堆积；可以确定管道内部缺陷的确切位置并且定位相应的作业装置；采用视频图像的形式准确地反映管道内部的状况条件。 图1-2 EXLORER管道机器人 Fig.1-2 EXLORER Pipeline robot 德国工业机器人的总数占世界第三位，仅次于日本和美国。德国学者Bemhard Klaassen、Hermann St—reich和Frank Kirchner等人在德国教育部的资助下于2000年研制成功了多关节蠕虫式管道机器人系统—— MAKRO。该机器人由六节单元组成，其头部和尾部两个单元体完全相同，每个单元之间的节点由3个电动机驱动，使得MAKRO可以抬起或者弯曲机器人个体，从而可以轻松越过障碍物或实现拐弯运动，该管道机器人系统MAKRO具有21个自由度，长度为2m，质量为50kg，采用无缆控制方式，MAKR