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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，國內外都在不斷的開發(fā)和研制更適合管內行走的管道機器人，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年代初得到了迅猛發(fā)展并接近于
2、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。Thes-Ⅰ45型管道機器人的主要特點是輪子
3、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動輪”的驅動方案，同時每個驅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
4、的驅動輪以垂直的姿態(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，電纜范圍160m，速度0～10m／min，有效載荷92kg，CCD彩色直視攝像頭。
5、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
6、有良好的自推進能力。(2)可以在鑄鐵和鋼質煤氣管道中，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部是否水滲透、碎片堆積；可以確定管道內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部的狀況條件。圖1-2EXLORER管道機器人Fig.1-2EXLORERPipelinerobot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—
7、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實現(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。加拿大INUKTUN45公司的雙履帶
