10論文正文 管道履帶式機(jī)器人

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1、青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前言油氣管道輸送是與鐵路、公路、水運(yùn)、航運(yùn)并列的五大運(yùn)輸行業(yè)之一，長輸油氣管道作為一種特殊設(shè)備廣泛應(yīng)用于石油、石化、化工等工業(yè)領(lǐng)域以及城市燃?xì)庀到y(tǒng)中，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。隨著“開發(fā)大西部”以及“西氣東輸”的戰(zhàn)略指導(dǎo)方針，長輸油氣管道的數(shù)量在不斷增加。由于歷史原因，國內(nèi)在役長輸油氣管道中部分管材制管質(zhì)量較差，加上施工建設(shè)過程中存在部分焊接缺陷和涂層缺陷，這給管道的安全運(yùn)行埋下隱患，即使部分投產(chǎn)驗(yàn)收合格的管道，在運(yùn)行過程中也難免受到介質(zhì)、溫度、疲勞、腐蝕、局部載荷等因素影響，服役一段時(shí)間后產(chǎn)生缺陷或?qū)е氯毕輸U(kuò)展，并

2、可能最終發(fā)生失效，給人民生命財(cái)產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)穩(wěn)定構(gòu)成威脅。如何檢測發(fā)現(xiàn)管道缺陷，事前對(duì)含缺陷管道進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)測(含缺陷管道的剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)，含缺陷管道的剩余壽命預(yù)測)，確保在役油氣長輸管道安全可靠運(yùn)行是目前世界各國普遍關(guān)注和迫切需要解決的重大課題。由于在前面所述的一般工業(yè)、石油天然氣、軍事裝備等領(lǐng)域中，管道作為一種有效的物料輸送手段而廣泛應(yīng)用。為提高管道的壽命、防止泄漏等事故的發(fā)生，就必須對(duì)管道進(jìn)行有效的檢測維護(hù)等。而目前管道檢測和維護(hù)多采用管道機(jī)器人來進(jìn)行。所謂管道機(jī)器人就是一種可沿管道內(nèi)部或外部自動(dòng)行走、攜帶一種或多種傳感器件如位置和姿態(tài)傳感

3、器、超聲傳感器、渦流傳感器等以及操作機(jī)械如管道裂紋與管道接口焊接裝置、防腐噴涂裝置、操作手、噴槍、刷子等。在工作人員的遙控操縱或計(jì)算機(jī)控制下可在極其惡劣的環(huán)境中．能夠完成一系列管道檢測維修作業(yè)的機(jī)電一體化系統(tǒng)。管道機(jī)器人可完成的管道作業(yè)有：生產(chǎn)、施工過程中的管道內(nèi)外質(zhì)量檢測；管道內(nèi)部清掃、拋光、焊接、噴涂等維護(hù)；對(duì)接焊縫的探傷、補(bǔ)口作業(yè)；舊管道腐蝕程度、破損情況檢測和泄漏預(yù)報(bào)等等?；谀壳肮艿捞絺麢C(jī)器人的研究現(xiàn)狀，本課題主要研究目的是通過對(duì)管道X射線無損檢測探傷機(jī)器人設(shè)計(jì)，及相關(guān)技術(shù)的查閱和應(yīng)用，能夠研制一臺(tái)具有良好的彎道通過能力、視覺定位能力并能

4、適應(yīng)較長距離檢測作業(yè)的實(shí)用樣機(jī)。47青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1緒論管道機(jī)器人在人類社會(huì)中已經(jīng)迅速的漫延開來，這一切都應(yīng)歸公于它自身的特點(diǎn)。因此，國內(nèi)外都在不斷的開發(fā)和研制更適合管內(nèi)行走的管道機(jī)器人，并開始走向微型化、智能化，使之性能更宜人化，可控性更好，準(zhǔn)確性更高。但是管道機(jī)器人由于受到它工作環(huán)境的限制和沉重的任務(wù)負(fù)擔(dān)，致使它也不斷面臨著更多，更嚴(yán)重的困難和問題。如何解決？已經(jīng)成為現(xiàn)代人的責(zé)任和發(fā)展方向。1.1管道機(jī)器人發(fā)展概況1.1.1國外管道機(jī)器人研究進(jìn)展國外關(guān)于燃?xì)夤艿罊C(jī)器人的研究始于20世紀(jì)40年代，由于70年代的微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)

5、技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，管道檢測機(jī)器人技術(shù)于90年代初得到了迅猛發(fā)展并接近于應(yīng)用水平。一般認(rèn)為，法國的J．VERTUT較早從事管道機(jī)器人理論和樣機(jī)的研究，1978年他提出了輪腿式管內(nèi)行走機(jī)構(gòu)模型IPRIV，該機(jī)構(gòu)雖然簡單，但起了拋磚引玉的作用。日本機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)過了60年代的搖籃期，70年代的實(shí)用期，到80年代進(jìn)入普及提高期，開始在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛推廣使用機(jī)器人。日本管道機(jī)器人眾多，東京工業(yè)大學(xué)航空機(jī)械系ShigeoHirose和HidetakaOhno等于1993年開始研究管道機(jī)器人，先后研制成功適用于直徑50mm管道的Thes-Ⅰ、Thes-Ⅱ型

6、管道機(jī)器人和適用于直徑150mm管道的Thes-Ⅲ型管道機(jī)器人。Thes-Ⅰ型管道機(jī)器人的主要特點(diǎn)是輪子的傾斜角可以隨著阻力大小的改變而改變，當(dāng)機(jī)器人的負(fù)載較大時(shí)，輪子的傾斜角將產(chǎn)生變化，從而減小行走速度，增加推進(jìn)力。Thes-Ⅱ型管道機(jī)器人的總長為300mm，質(zhì)量只有3l0g。Thes-Ⅱ型管道機(jī)器人的每一節(jié)機(jī)器人單元的左右兩側(cè)分別布置著由彈簧板支撐的一對(duì)輪子，輪子由帶減速齒輪箱的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在管道中的前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)，Thes-Ⅱ型管道機(jī)器人可以很容易地在帶有幾個(gè)彎管接頭的管道中運(yùn)動(dòng)。Thes-Ⅲ型管道機(jī)器人如圖1-1所示，其采用“

7、電機(jī)一蝸輪蝸桿一驅(qū)動(dòng)輪”47青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的驅(qū)動(dòng)方案，同時(shí)每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪都有一個(gè)傾斜角度測量輪，通過測量輪探測機(jī)器人的傾斜角度，并反饋給電機(jī)從而保證管道機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)輪以垂直的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)。該管道機(jī)器人系統(tǒng)通過CCD攝像頭實(shí)現(xiàn)信息的采集，整個(gè)系統(tǒng)采用拖纜控制方式，檢測距離超過100m。圖1-1Thes-Ⅲ型管道機(jī)器人Fig.1-1Thes-ⅢPipelinerobot美國是機(jī)器人的誕生地，早在1962年就研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，是世界上的機(jī)器人強(qiáng)國之一，其基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)，并有很多管道機(jī)器人產(chǎn)品。美國Inuktun公司系列管道檢測機(jī)

8、器人Versatrax是國外現(xiàn)有的已成型管道機(jī)器人。Versatrax150檢測管道最小直徑為150mm，防水深度30m，