应用于管道内检测的智能巡检机器人设计.docxVIP

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应用于管道内检测的智能巡检机器人设计

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黄庆典李琪

摘?要：针对传统的管道检测方法效率低下、检测结果失真的问题，文章基于机械原理、高频通讯技术以及传感器技术设计一种应用于管道内检测的智能巡检机器人，可以通过调整轮子的跨度实现适应不同管径的管道，并且检测数据在上位机系统可直观反映管道内的状态。

关键词：管道;检测;机器人;stm32;系统

TP242文献标志码：A???：2095-2945（2019）22-0101-02

Abstract：Inordertosolvetheproblemsoflowefficiencyanddistortionofdetectionresultsoftraditionalpipelinedetectionmethods，anintelligentinspectionrobotusedinpipelinedetectionisdesignedbasedonmechanicalprinciple，highfrequencycommunicationtechnologyandsensortechnology.Thepipecanbeadaptedtodifferentdiametersbyadjustingthespanofwheels，andthedetectiondatainthehostcomputersystemcandirectlyreflectthestateofthepipeline.

Keywords：pipeline;detection;robot;stm32;system

前言

信息的传输、能源的输送都几乎离不开管道，城市或工厂这些人口密集的区域，更是在地下汇集了大量的管道[1]。由于管道埋于地下，在长期使用过程中，管道会受到外力的挤压，包括管道内外，因此相关部门都需要定期检查与维护管道。检查的方法通常是每隔一段距离挖一个比较大的口径的作业区，在两个作业区的位置分别利用仪器进行检测，进而推断两个作业区之间的管道的状况。该方法存在着较多的不足，第一，挖较多的作业区会对交通造成很大的不便，容易造成交通事故，第二，如果遇上雨天，作业区容易积水，既延长了检查作业的时间，还增加了管道锈蚀的隐患，第三，利用现有的仪器进行推断式检测，检查结果比较片面，难以准确推断管道内壁有无出现裂缝的情况。本文根据以上不良情况，提出设计一种效率高、效果好的应用于管道内检测的智能巡检机器人。

1机械结构设计

机器人由特殊的移动机构、移动控制系统、自动避障系统、图像采集系统、无线通讯系统以及地面站上位机系统组成。普通的四轮式移动机构的特征是四个轮子的胎面都在同一平面上，由于圆形管道容易导致这样的机构发生倾斜，因此不适合使用该机构在圆形管道内检测。本文沿用轮式移动机构移动效率高的优势[2]，结合管道环境设计了特殊的移动机构，如图1（a）所示，轮子倾斜设置，两对轮子各自所在的平面形成140°，如此机器人在管道里具有稳定性。机器人在管道里的仿真工作状态如图1（b）所示，四个轮子都正向受到沿轴心方向的作用力，最终合力竖直向上。轮子的倾斜设置实际上是通过左右两个支架实现的，两个支架的斜面夹角同样为140°。经分析，同一侧的轮子在管道内的移动状态是一致的，因此，为减轻机器人的重量，同一侧的轮子使用一个电机驱动，通过同步轮、同步带以及张紧轮的组合机构实现一个电机同时带动两个轮子转动。为使机器人适应不同管道的移动，本文设计机器人两侧轮子之间的距离可电动调整，该功能通过一组丝杠及丝杠滑块、两组导轨及导轨滑块的机构实现，丝杠电机及导轨固定件都设置于左支架，丝杠滑块、导轨滑块都设置于右支架，因此相对于左支架，右支架在丝杠电机的驱动下，右支架连同丝杠滑块、导轨滑块会发生左右移动，从而调整机器人的跨度，适应不同的管径。

管道在长时间使用过程中，有可能受到多种挤压力而变形，导致管径发生变化[3]，机器人需要具有根据管径自动调整横向轮距的功能，否则将难以前进甚至损坏本身机构。如图2所示，本文通过相对于移动正方向上的斜45°对称设置两个超声波传感器检测管道内径是否发生变化，其自动调整的动作由移动控制系统完成，下文将具体论述。自动避障系统是基于正向设置的超声波传感器而实现的。图像采集系统是基于云台+摄像头+LED灯而实现的，云台由舵机Ⅰ、转台、舵机Ⅱ以及U型架组成，共同设置于左支架的上方，与左支架固定连接。摄像头以45°斜向上设置，检测管道顶面有无裂缝是基本工作，检测其它角度通过控制云台实现。摄