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1、管道履帶式機器人畢業(yè)論文1緒論管道機器人在人類社會中已經(jīng)迅速的漫延開來，這一切都應歸公于它自身的特點。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，準確性更高。但是管道機器人由于受到它工作環(huán)境的限制和沉重的任務負擔，致使它也不斷面臨著更多，更嚴重的困難和問題。如何解決？已經(jīng)成為現(xiàn)代人的責任和發(fā)展方向。1.1管道機器人發(fā)展概況1.1.1國外管道機器人研究進展國外關于燃氣管道機器人的研究始于20世紀40年代，由于70年代的微電子技術、計算機技術、自動化技術的發(fā)展，管道檢測機器人技術于90年代初得
2、到了迅猛發(fā)展并接近于應用水平。一般認為，法國的J．VERTUT較早從事管道機器人理論和樣機的研究，1978年他提出了輪腿式管內(nèi)行走機構模型IPRIV，該機構雖然簡單，但起了拋磚引玉的作用。日本機器人的發(fā)展經(jīng)過了60年代的搖籃期，70年代的實用期，到80年代進入普及提高期，開始在各個領域內(nèi)廣泛推廣使用機器人。日本管道機器人眾多，東京工業(yè)大學航空機械系ShigeoHirose和HidetakaOhno等于1993年開始研究管道機器人，先后研制成功適用于直徑50mm管道的Thes-Ⅰ、Thes-Ⅱ型管道機器人和適用于直徑150mm管道的Thes-Ⅲ型管道機器人。Th
3、es-Ⅰ45型管道機器人的主要特點是輪子的傾斜角可以隨著阻力大小的改變而改變，當機器人的負載較大時，輪子的傾斜角將產(chǎn)生變化，從而減小行走速度，增加推進力。Thes-Ⅱ型管道機器人的總長為300mm，質(zhì)量只有3l0g。Thes-Ⅱ型管道機器人的每一節(jié)機器人單元的左右兩側分別布置著由彈簧板支撐的一對輪子，輪子由帶減速齒輪箱的電動機驅(qū)動，從而實現(xiàn)機器人在管道中的前進和后退運動，Thes-Ⅱ型管道機器人可以很容易地在帶有幾個彎管接頭的管道中運動。Thes-Ⅲ型管道機器人如圖1-1所示，其采用“電機一蝸輪蝸桿一驅(qū)動輪”的驅(qū)動方案，同時每個驅(qū)動輪都有一個傾斜角度測量輪，通
4、過測量輪探測機器人的傾斜角度，并反饋給電機從而保證管道機器人的驅(qū)動輪以垂直的姿態(tài)運動。該管道機器人系統(tǒng)通過CCD攝像頭實現(xiàn)信息的采集，整個系統(tǒng)采用拖纜控制方式，檢測距離超過100m。圖1-1Thes-Ⅲ型管道機器人Fig.1-1Thes-ⅢPipelinerobot美國是機器人的誕生地，早在1962年就研制出世界上第一臺工業(yè)機器人，是世界上的機器人強國之一，其基礎雄厚，技術先進，并有很多管道機器人產(chǎn)品。美國Inuktun公司系列管道檢測機器人Versatrax是國外現(xiàn)有的已成型管道機器人。Versatrax150檢測管道最小直徑為150mm，防水深度30m，電
5、纜范圍160m，速度0～10m／min，有效載荷92kg，CCD彩色直視攝像頭。Versatrax300”VLR檢測管道最小直徑為3omm，防水深度30m，電纜范圍1830m，速度0～10m／min，有效載荷184kg，CCD彩色直視攝像頭。美國紐約煤氣集團公司(NYGAS)的DaphneD’Zurko45和卡內(nèi)基梅隆大學機器人技術學院的HagenSchempf博士在美國國家航空和宇宙航行局(NASA)的資助下于2001年開發(fā)了長距離、無纜方式的管道機器人系統(tǒng)——EXLORER，專門用于檢測地下煤氣管道的情況，如圖1-2所示。該管道機器人系列EXPLORER就
6、有如下特征：(1)一次作業(yè)檢測距離長，采用無纜方式，自帶電池并且電池可以多次反復充電，使管道機器人具有良好的自推進能力。(2)可以在鑄鐵和鋼質(zhì)煤氣管道中，低壓和高壓條件下工作。(3)管道機器人的彩色攝像頭采用嵌入式“魚眼”鏡頭，結構非常緊湊。(4)可以順利通過90。的彎管接頭和垂直管道。(5)與外部操作人員采用無線通訊方式。(6)該管道機器人可以探測煤氣管道內(nèi)部是否水滲透、碎片堆積；可以確定管道內(nèi)部缺陷的確切位置并且定位相應的作業(yè)裝置；采用視頻圖像的形式準確地反映管道內(nèi)部的狀況條件。圖1-2EXLORER管道機器人Fig.1-2EXLORERPipeliner
7、obot德國工業(yè)機器人的總數(shù)占世界第三位，僅次于日本和美國。德國學者BemhardKlaassen、HermannSt—reich和FrankKirchner等人在德國教育部的資助下于2000年研制成功了多關節(jié)蠕蟲式管道機器人系統(tǒng)——MAKRO。該機器人由六節(jié)單元組成，其頭部和尾部兩個單元體完全相同，每個單元之間的節(jié)點由3個電動機驅(qū)動，使得MAKRO可以抬起或者彎曲機器人個體，從而可以輕松越過障礙物或?qū)崿F(xiàn)拐彎運動，該管道機器人系統(tǒng)MAKRO具有21個自由度，長度為2m，質(zhì)量為50kg，采用無纜控制方式，MAKRO系統(tǒng)使用于直徑為直徑300～直徑600mm的管道
8、。加拿大INUKTUN45公司的雙履帶
