10論文正文 管道履帶式機器人

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1、青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）前言油氣管道輸送是與鐵路、公路、水運、航運并列的五大運輸行業(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，這給管道的安全運行埋下隱患，即使部分投產(chǎn)驗收合格的管道，在運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，服役一段時間后產(chǎn)生缺陷或?qū)е氯毕輸U展，并

2、可能最終發(fā)生失效，給人民生命財產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)和社會穩(wěn)定構(gòu)成威脅。如何檢測發(fā)現(xiàn)管道缺陷，事前對含缺陷管道進(jìn)行評價和預(yù)測(含缺陷管道的剩余強度評價，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)多采用管道機器人來進(jìn)行。所謂管道機器人就是一種可沿管道內(nèi)部或外部自動行走、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算機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)的機電一體化系統(tǒng)。管道機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)；對接焊縫的探傷、補口作業(yè)；舊管道腐蝕程度、破損情況檢測和泄漏預(yù)報等等?；谀壳肮艿捞絺麢C器人的研究現(xiàn)狀，本課題主要研究目的是通過對管道X射線無損檢測探傷機器人設(shè)計，及相關(guān)技術(shù)的查閱和應(yīng)用，能夠研制一臺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)的實用樣機。47青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（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(yīng)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(zhǔn)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(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管道機器人發(fā)展概況1.1.1國外管道機器人研究進(jìn)展國外關(guān)于燃?xì)夤艿罊C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)、計算機

5、技術(shù)、自動化技術(shù)的發(fā)展，管道檢測機器人技術(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(gòu)模型IPRIV，該機構(gòu)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(jìn)入普及提高期，開始在各個領(lǐng)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(xué)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

6、管道機器人和適用于直徑150mm管道的Thes-Ⅲ型管道機器人。Thes-Ⅰ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(dāng)機器人的負(fù)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(jìn)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(cè)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(jìn)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“

7、電機一蝸輪蝸桿一驅(qū)動輪”47青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）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(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)，并有很多管道機器人產(chǎn)品。美國Inuktun公司系列管道檢測機

8、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，