管道爬壁機(jī)器人的設(shè)計(jì)

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1、管道爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)者：趙藝霖,陳即彪,王振寧(濰坊學(xué)院機(jī)電與車輛工程學(xué)院，濰坊261061)作品內(nèi)容簡(jiǎn)介現(xiàn)在的管道機(jī)器人在豎直或者是水平方向都很好的實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)與清理功能。但至今還沒有管道產(chǎn)品在復(fù)雜的管道中很好的工作。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了這款管道爬壁機(jī)器人，它既可以在水平管道中很好的工作還可以在豎直管道中完成工作，能夠自如的在水平豎直交叉的復(fù)雜管道中完成檢測(cè)，清理等工作。該產(chǎn)品的主題結(jié)構(gòu)為車體結(jié)構(gòu)，在水平方向依靠車載力運(yùn)動(dòng)，在車體上安裝有四個(gè)機(jī)械手臂，在機(jī)械手臂的前端安裝有吸盤跟電磁鐵，在塑料管道中依靠吸盤在豎直方向上運(yùn)動(dòng)，在鐵質(zhì)管道上利用電磁鐵的

2、磁力和機(jī)械手臂的交叉前進(jìn)實(shí)現(xiàn)豎直方向的運(yùn)動(dòng)。該作品靈活多變，不但可以適應(yīng)復(fù)雜的管道還能夠進(jìn)行多樣的工作。我們依靠機(jī)械臂的靈活度與吸盤，電磁鐵的吸力來實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的爬壁功能，在水平方向上利用最傳統(tǒng)的智能車作為動(dòng)力，這樣的設(shè)計(jì)完全可以滿足水平方向與豎直方向的靈活轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜管道的自由穿梭，進(jìn)而可以讓該機(jī)器人更好的實(shí)現(xiàn)其檢測(cè)與清理功能。該管道爬行機(jī)器人實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電腦控制，所得數(shù)據(jù)通過反饋處理使機(jī)器人能夠完成各項(xiàng)做業(yè)。一、研制背景及意義1、隨著社會(huì)的快速發(fā)展,國家生產(chǎn)水平不斷提高，產(chǎn)品更新也越來越快。管道運(yùn)輸在我國運(yùn)用比較普遍，但管道長期處在壓力大的惡劣環(huán)境中

3、，受到水油混合物、硫化氫等有害氣體的腐蝕。這些管道受腐后，管壁變薄，容易產(chǎn)生裂縫，造成漏油、漏氣的問題，存在重大安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。在管道廣泛使用的今天，管道的檢測(cè)、清理、維護(hù)成了一個(gè)亟待解決的問題。但是管道的封閉性和工作環(huán)境決定了這項(xiàng)工作的艱難。時(shí)至今日，雖然經(jīng)過各國學(xué)者的努力，已經(jīng)有各種各樣的機(jī)器人，但是他們大都存在這樣或那樣的問題，而且功能不夠強(qiáng)大。2、人民對(duì)管道清潔機(jī)械的要求是不僅科技含量要高，而且還要綠色、節(jié)能、環(huán)保。能夠滿足不同類型管道的檢測(cè)、維護(hù)、清理等要求。3、管道爬行機(jī)器人的研究更好地為管道的檢測(cè)、維護(hù)、清理提供了新的技術(shù)手段，這種

4、技術(shù)更好的提高了管道監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和管道清理的安全性，也便于管道工程管理維護(hù)人員制定維護(hù)方案，清除管道垃圾防止堵塞，事前消除管道的安全隱患，從而節(jié)約大量的維修費(fèi)用，降低管道維護(hù)成本，保障工業(yè)生產(chǎn)和人民生活及財(cái)產(chǎn)安全。4、近些年來人們對(duì)自然環(huán)境、工作環(huán)境、工作工具及其方式的要求逐步提高。隨著中國城市化建設(shè)事業(yè)的發(fā)展推進(jìn)中國西氣東輸工程的全面啟動(dòng)特別是大型化工廠、大型天然氣廠、大型地下管道處理系統(tǒng)的建成大型管道或類似管道裝置組合處理系統(tǒng)設(shè)施以其高質(zhì)量的工作效率、圓形管道結(jié)構(gòu)占地少、有效工作空間大、美化生活環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。為研究高效的管道機(jī)器人

5、提供了良好的市場(chǎng)環(huán)境。5、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛普及和應(yīng)用國內(nèi)外檢測(cè)技術(shù)都得到了迅猛發(fā)展管道檢測(cè)技術(shù)逐漸形成管道內(nèi)、外檢測(cè)技術(shù)涂層檢測(cè)、智能檢測(cè)兩個(gè)分枝。通常情況下涂層破損、失效處下方的管道同樣受到腐蝕管道外檢測(cè)技術(shù)的目的是檢測(cè)涂層及陰極保護(hù)有效性的基礎(chǔ)上通過挖坑檢測(cè)達(dá)到檢測(cè)管體腐蝕缺陷的目的對(duì)于目前大多數(shù)布局內(nèi)檢測(cè)條件的管道是十分有效的。6、管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)主要用于發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)外腐蝕、局部變形以及焊縫裂紋等缺陷也可間接判斷涂層的完好性。因此各種大口徑天然氣管道、大口徑石油運(yùn)輸管道、大口徑自來水管道、大孔徑地下污水處理管道鍋爐廠、硫酸廠、核電站、液化氣站

6、、印刷廠、酒廠、食品加工廠、東風(fēng)二汽長管道系統(tǒng)等各種大型廠房中的大孔徑管道系統(tǒng)隨處可見。但是它們?cè)跒槿藗児ぷ魉脮r(shí)也帶來了很多問題如人們肆意向管道內(nèi)投放廢品塑料、易拉罐、粘性物品、玻璃廢品等長期下去導(dǎo)致管道內(nèi)部因淤積較多廢棄物7、而使管道堵塞冬天北方天氣寒冷裸露在外部的自來水管道或其他化工管道因溫度太低內(nèi)部自來水會(huì)產(chǎn)生凝固凍結(jié)從而導(dǎo)致自來水不能正常流動(dòng)影響城市居民正常的生活酒精廠或其它化工廠燃料燃燒所產(chǎn)生的粉塵會(huì)黏附在管道或煙囪內(nèi)壁長時(shí)間越積越多吹產(chǎn)生靜電效應(yīng)甚至引發(fā)火災(zāi)和爆炸事故長期處于露天環(huán)境大多數(shù)大型輸油管道、天然氣管道等都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部泄露和腐

7、蝕現(xiàn)象嚴(yán)重影響自然環(huán)境并且產(chǎn)生安全隱患等等。二、設(shè)計(jì)方案1、總體設(shè)計(jì)及圖片說明圖1管道爬壁機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)圖如圖所示，該機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)為車體結(jié)構(gòu)，在車體的上方安裝有四個(gè)靈活的機(jī)械臂，通過四個(gè)機(jī)械手臂的配合可以在水平豎直等多種復(fù)雜的管道內(nèi)完成多種工作。該爬壁管道機(jī)器人安裝有高清攝像頭，它的四個(gè)機(jī)械臂可以靈活使用，機(jī)械臂的前端是可以拆卸的，從而可以安裝多種工作工具如電焊機(jī)等。1、機(jī)械手臂底座（圖2）的設(shè)計(jì)：圖2該機(jī)械臂的底座采用鏤空設(shè)計(jì)減輕機(jī)械手臂的重量。利用蝸桿傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的365度旋轉(zhuǎn)功能。底座與車體的鏈接采用螺栓連接。在底座的上有一個(gè)處理器這

8、是機(jī)械臂獨(dú)立的處理器，它的主要作用是控制機(jī)械臂的活動(dòng)，在機(jī)械臂不接受任務(wù)是它能很好的配合車體上的處理器分析管