锅炉水冷壁面检测机器人本体设计与实验研究.pdf

锅炉水冷壁面检测机器人本体设计与实验研究 锅炉水冷壁面检测机器人本体设计与实验研究 摘 要 火力发电是我国最重要的发电方式。火电厂在非计划停工的原因中，锅炉事 故占70% 以上，其中一半事故是由于锅炉管壁破裂引起的。因此，锅炉水冷壁管 的定期检查对机组的安全运行至关重要。 目前，国内火电厂普遍采用人工方式检测水冷壁厚度，效率不高，并且会中 断企业的连续生产，降低生产效率，给企业带来巨大的经济损失。爬壁机器人技 术的发展为水冷壁检测的自动化和高效率提供了新的技术方向。但目前国内外已 经研制的爬壁机器人，无法应用于具有防磨梁结构的水冷壁面的检测。而防磨梁 结构，在国内循环流化床锅炉中被普遍采用。因此，有必要针对防磨梁结构，设 计一种可对其进行越障的爬壁机器人，作为水冷壁检测传感器的载具。 本文针对防磨梁结构，提出了一种基于永磁吸附的壁面越障机器人的设计方 案，进行了以下具体工作： （1）根据机器人的实际工况需求，进行爬壁机器人的设计，在传统爬壁机 器人的基础上，增加了壁面越障功能和管壁间移动能力。引入多指标综合评价方 法，对所设计的机器人方案进行综合评价，检验设计过程的科学性。 （2 ）根据机器人工作环境和功能要求，分析并校核了对所设计的壁面越障 机器人在壁面工作的吸附力，分析机器人在壁面上的运动情况，对越障运动和管 壁间移动进行分析验证，确保机器人在壁面上的可靠运行。 （3 ）设计了爬壁机器人的驱动控制方案，将 Arduino 作为下位机，利用树 莓派搭建服务端，通过服务端响应外部请求，调用Arduino 下位机向电机发送驱 动指令，使机器人能够响应客户端请求并产生动作。同时提供了网页端和桌面端 两种控制界面以适应不同客户端的操作需求。 （4 ）对所设计的机器人样机进行试制、组装与调试，利用前述设计的无线 控制平台，根据越障所需的步态时序控制机器人，检验其在防磨梁越障和管壁间 运动能力。验证了机器人的结构设计和控制方案的可行性。 关键词：越障，永磁吸附，爬壁机器人，水冷壁，丝杆电机 I 锅炉水冷壁面检测机器人本体设计与实验研究 DESIGN AND EXPERIMENTAL STUDY OF BOILER WATER WALL DETECTION ROBOT ABSTRACT Thermal power generation is the most important way of generating electricity in China. Among the reasons for unplanned shutdowns in thermal power plants, boiler accidents accounted for more than 70%, and half of the accidents were caused by rupture of boiler tubes. Therefore, regular inspection of the boiler water wall tube is critical to the safe operation of the unit. At present, domestic thermal power plants generally adopt the method of manually detecting the thickness of water wall, which is not efficient, and will interrupt the continuous production of the enterprise, reduce the production efficiency, and bring huge economic losses to the enterprise. The development of wall-climbing r