油管內(nèi)壁爬行機(jī)器人的設(shè)計(jì)

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，管道運(yùn)輸作為一種高效、安全、可靠的手段應(yīng)用日益廣泛， 城市中的地下排水系統(tǒng)、取暖系統(tǒng)、煤氣系統(tǒng)、自來水系統(tǒng)等都應(yīng)用了各種管道；另外, 在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、石油、化學(xué)、核工業(yè)等領(lǐng)域也大量使用了管道。經(jīng)過長期使用，它們會(huì)出 現(xiàn)裂紋、腐蝕、堵塞等故障。有的管道中輸送的是劇毒或放射性介質(zhì)，若這些管道產(chǎn)牛裂 紋、漏孔會(huì)造成介質(zhì)泄漏，引起事故甚至發(fā)生災(zāi)難。為了防患于未然，必須對這些管道進(jìn) 行定期檢測和維修。但是它們有的埋在地下，甚至埋在海底，有的口徑很小，人無法進(jìn)入。 挖出管道進(jìn)行檢測、維修既不經(jīng)濟(jì)又不現(xiàn)實(shí)，由此可見，管道機(jī)器人有著廣闊的市場。我國早在1987年就開展了管內(nèi)機(jī)器人的研究，

2、并試制了兒種模型，但總體水平較國 外差。管內(nèi)機(jī)器人研究是機(jī)電一體化的高科技研究項(xiàng)冃。在石油、化工、核工業(yè)、給排水 等許多管道工程中，都需要進(jìn)行管內(nèi)檢測、噴涂及加工等工作，管內(nèi)機(jī)器人在完成這些工 作中會(huì)發(fā)揮重要作用，因此，開發(fā)研究管內(nèi)機(jī)器人意義很大。本次題目的內(nèi)容就是設(shè)計(jì)一種可在油管內(nèi)壁爬行，并且搭載工作體的部分可協(xié)助工作 體完成相應(yīng)作業(yè)的機(jī)器人。采用機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制來達(dá)到設(shè)計(jì)目的。要實(shí)現(xiàn)的理想過程 是：人對主機(jī)輸入一個(gè)控制信號(hào)，可以通過單片機(jī)對電機(jī)、電磁鐵進(jìn)行電氣控制，從而使 機(jī)器人能夠按照所搭載工作體的要求進(jìn)行移動(dòng)，并在工作體的工作位置做出相應(yīng)的輔助動(dòng) 作。機(jī)器人在行進(jìn)過程中可在任意位置停

3、止前進(jìn)，并可以在該位置開始作業(yè)，工作體可在 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下完成小于360度的任意角度的旋轉(zhuǎn)。1方案的結(jié)構(gòu)選擇11總體選擇總體上，木次設(shè)計(jì)主要采用機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來完成指定的動(dòng)作，而用電氣設(shè)計(jì)來控制這 些動(dòng)作。1. 2前進(jìn)方案的選擇目前在管道內(nèi)機(jī)器人的行進(jìn)方式多種多樣，本設(shè)計(jì)采用蠕動(dòng)式行進(jìn)的方式。前進(jìn)方案 由旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電機(jī)、直線式步進(jìn)電機(jī)、氣缸中進(jìn)行選擇?，F(xiàn)將3種方式在本設(shè)計(jì)屮的應(yīng)用 進(jìn)行比較。由于木設(shè)計(jì)前進(jìn)方式為直線，所以其中使用直線式電機(jī)最為簡便，直線電機(jī)的 電機(jī)軸是絲杠形式的，于是可以通過絲杠的導(dǎo)程來計(jì)算機(jī)器人的行進(jìn)距離。使用旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電機(jī)的原理與直線式步進(jìn)電機(jī)相似，可通過一個(gè)小型連軸器與絲杠

4、相 連組成一個(gè)肓線式步進(jìn)電機(jī)，也可以通過一組齒輪減速器將絲杠與電機(jī)軸相連，簡圖見圖 11 o第三種方法是使用氣缸推動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)。綜合比較三種方法后發(fā)現(xiàn)，氣缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn) 動(dòng)過程簡單，但其行程不易控制，要實(shí)現(xiàn)精確控制需要成本過高。兩種步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)相 似，但直線式的步進(jìn)電機(jī)在安裝吋不易對心，且價(jià)格遠(yuǎn)高于旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電機(jī)。所以綜合考 慮最終選擇采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)的方案。1- 3卡緊方案的選擇機(jī)器人在蠕動(dòng)式爬行的時(shí)候，需要卡緊裝置進(jìn)行配合。所以需要選擇合理的卡緊方案。由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人需要適應(yīng)從4.5到7英寸的不同管徑的管道，這給卡緊方案的設(shè)計(jì) 帶來很大的難度。方案1為采用推拉式電磁鐵直接進(jìn)行卡緊，并使用適

5、當(dāng)?shù)倪B桿機(jī)構(gòu)調(diào)整電磁鐵位置, 當(dāng)連桿機(jī)構(gòu)將電磁鐵調(diào)整到指定位置后，電磁鐵得電，推桿伸長，機(jī)器人卡緊管壁。工作 完成后，電磁鐵失電，機(jī)器人放松。結(jié)構(gòu)簡圖見圖12圖1-2結(jié)構(gòu)簡圖方案2為使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)電磁鐵，用旋轉(zhuǎn)電磁鐵來帶動(dòng)凸輪實(shí)現(xiàn)卡緊，通過對凸輪進(jìn)行 設(shè)計(jì)可以計(jì)算岀支撐桿的移動(dòng)距離。當(dāng)旋轉(zhuǎn)電磁鐵得電后，旋轉(zhuǎn)一定角度，帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)， 使支撐桿在徑向產(chǎn)生移動(dòng)從而卡進(jìn)管壁。電磁鐵失電后，通過彈簧的作用使凸輪和支撐足 復(fù)位，機(jī)器人放松。結(jié)構(gòu)簡圖見圖13。圖1-3結(jié)構(gòu)簡圖diagram 1-3 structure sketch plans方案3為使用一推拉式電磁鐵推動(dòng)錐形滑塊，同吋設(shè)計(jì)三個(gè)長度可調(diào)的支撐桿

6、，當(dāng)電 磁鐵得電后，電磁鐵推桿伸出并帶動(dòng)錐形滑塊沿軸向前進(jìn)。由于滑塊為錐形，支撐足產(chǎn)牛 徑向移動(dòng)，機(jī)器人被卡緊。電磁鐵失電后，機(jī)器人放松，原理同方案2o結(jié)構(gòu)簡圖見圖 14。diagram 1-4 structure sketch plans綜合比較以上三種方案，首先放棄了方案1,由于管道內(nèi)空間有限，電磁鐵的體積太 大，無法合理的安放電磁鐵，并且電磁鐵的重量也相對較大，設(shè)計(jì)與之相應(yīng)的連桿機(jī)構(gòu)也 很困難。方案2與方案3在原理上基本相同，不同之處在于方案2用的是凸輪，而方案3 用的是錐形滑塊。凸輪的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且其表面需要非常光滑，由于凸輪曲面為復(fù)雜曲面, 所以普通磨床難以加工，需用數(shù)控加工屮心進(jìn)行加

7、工，這樣加大了成本。經(jīng)過綜合比較決定選擇方案3o另外，在卡緊方面也可使用氣缸，此類型的設(shè)備已被開發(fā)，但由于空間問題并不適合 于木設(shè)計(jì)，故本設(shè)計(jì)不使用該方法。14旋轉(zhuǎn)方案的選擇旋轉(zhuǎn)部分采用一個(gè)旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)軸帶動(dòng)法蘭，可在法蘭上連接工作體，通過 控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度來控制工作體的轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)如圖15所示。圖1-5diagram 1-51 - 5調(diào)節(jié)方案的選擇由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人要適應(yīng)不同的管徑，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的可調(diào)機(jī)構(gòu)。 初步擬訂3個(gè)方案，方案1采用一個(gè)推拉式電磁鐵推動(dòng)一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與卡緊方 案1相似，結(jié)構(gòu)簡圖見圖12。通過控制推桿伸出的長度及連桿機(jī)構(gòu)來調(diào)整支撐足。方案2也是

8、一種連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)見圖16。通過調(diào)整螺栓來調(diào)整支撐足的高度。它的 結(jié)構(gòu)與汽車修理廠所用千斤頂相似。圖1-6結(jié)構(gòu)簡圖diagram 1-6 stmcture sketch plans方案3較為簡單，將支撐桿上做出幾個(gè)槽，槽的位置分別與機(jī)器人所需要工作的管徑 相對應(yīng)，在外安裝套筒，并在套筒上開螺紋孔，通過緊釘螺釘將支撐桿與套筒相連。再將 套筒與機(jī)體相連，通過緊定螺釘與不同槽之間的配合來適應(yīng)不同的管徑。結(jié)構(gòu)詳見圖l-7o圖1-7結(jié)構(gòu)簡圖diagram 1-7 structure sketch plans再對以上三種方案進(jìn)行比較，方案1的自動(dòng)化程度很高，可以通過控制計(jì)算機(jī)來控制 調(diào)整機(jī)構(gòu)，節(jié)省了人力。

9、方案2的機(jī)構(gòu)很合理，調(diào)整方便。但由于管道內(nèi)空間的限制，這 個(gè)方案都很難在本設(shè)計(jì)中應(yīng)用，而方案3雖然不是最精確的，但它制造方便，并且在空間 上設(shè)計(jì)的很合理。并且為可換，在需要適應(yīng)新的管徑的時(shí)候，只需要重新制造支撐桿，十 分方便。本設(shè)計(jì)采用方案3。1. 6結(jié)構(gòu)方案改進(jìn)機(jī)器人采用絲杠來推動(dòng)前進(jìn)，在前進(jìn)過程中對于部分機(jī)體的旋轉(zhuǎn)自由度沒有加以限制, 所以不排除機(jī)器人在前進(jìn)過程中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。為了防止旋轉(zhuǎn)，我們在絲杠的平行方向上加一 根光杠。這樣機(jī)器人在前進(jìn)時(shí)，當(dāng)一端被卡緊時(shí)，另一部分的旋轉(zhuǎn)自由度也被加以限制， 防止了旋轉(zhuǎn)的發(fā)生。機(jī)器人在前進(jìn)的過程中，管道內(nèi)的情況不明。有些管道的內(nèi)表面已經(jīng)作了加工，為了 防止

10、劃傷管道內(nèi)表面，我們在機(jī)器人的三大部分上分別加上三組小輪，這樣不僅可以減小 摩擦力，通過對小輪表面材料的選擇也可以起到保護(hù)管道內(nèi)表而的作用。由于機(jī)器人所載工作體需做小于360°的旋轉(zhuǎn)，所以應(yīng)該最大限度的保證機(jī)器人的中 心與管道的中心重合，這樣工作體就是繞管道的中心旋轉(zhuǎn)。采用三足支撐的方法進(jìn)行自動(dòng) 定心，同時(shí)在其中一個(gè)支撐足上安裝彈簧，使三個(gè)支撐足同時(shí)抵在管壁上，保證定心。并 將防劃傷的小輪安裝在這三個(gè)支撐足上。結(jié)構(gòu)如圖18所示。diagram 1-8 structure sketch plans在原理上可以將卡緊與支撐用一個(gè)機(jī)構(gòu)來執(zhí)行，但是由于支撐足上安裝了用來減小摩 擦力的小輪，這

11、樣電磁鐵產(chǎn)生的卡緊力將不足以卡緊，將定心與卡緊分離，可以保證卡緊 力，只要在結(jié)構(gòu)上做的盡量緊湊，充分考慮空間因素，問題將得到解決。2主要部件的計(jì)算選擇2. 1步進(jìn)電機(jī)的選擇本次設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)共使用兩個(gè)，兩個(gè)電機(jī)的功能不同所用型號(hào)也不相同。我們先對行進(jìn)用的電機(jī)進(jìn)行選擇。本次設(shè)計(jì)中的前進(jìn)動(dòng)力全部來自這個(gè)步進(jìn)電機(jī)，所 以該電機(jī)提供推力必須能夠推動(dòng)整個(gè)機(jī)體。機(jī)器人制造材料為鋁，鋁的密度為p = 2.85 xlo3kg/m3可得整個(gè)機(jī)體的質(zhì)量約為1.5千克。由于機(jī)器人工作環(huán)境所限預(yù)計(jì)工作體的質(zhì)量為1. 5千克。機(jī)器人整體的質(zhì)量主要由機(jī) 體、工作體、電磁鐵和電機(jī)的質(zhì)量組成，初步選擇兩個(gè)電機(jī)的質(zhì)量約為0.75

12、千克。兩個(gè)電 磁鐵的質(zhì)量為0.35千克，再補(bǔ)充其它部件的質(zhì)量，整個(gè)機(jī)器人的質(zhì)量約為5千克。機(jī)器人在管道內(nèi)所受的阻力來自于小輪與管壁的滾動(dòng)摩擦力。小輪與油管內(nèi)壁間的摩 擦系數(shù)決定了機(jī)器人所需推力。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，滾動(dòng)摩擦系數(shù)在0.1與0.2 z間， 這里為保證推力，取摩擦系數(shù)為0.2。得出為使機(jī)器人前進(jìn)所需推力為9.8n o旋轉(zhuǎn)電機(jī)所輸出的轉(zhuǎn)距由絲杠轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，絲杠推力由螺旋副產(chǎn)生，由于推力已 得出，所以計(jì)算所得的螺旋副間的摩擦阻力矩即所選電機(jī)需要滿足的轉(zhuǎn)矩。計(jì)算摩擦力矩時(shí)借鑒螺紋預(yù)緊的扭緊力矩的計(jì)算方法。螺栓由于扭緊力矩t作用，使螺栓和被連接面之間產(chǎn)生預(yù)緊力f。由機(jī)械原理可知, 扭緊

13、力矩t等于螺旋副間的摩擦阻力矩口(即本設(shè)計(jì)中所需求的轉(zhuǎn)矩)和螺母環(huán)形面與被 連接件支撐面間的摩擦阻力矩之和，即(2-1)t = t +t2螺旋副間的摩擦力矩為(2-2)t牛 tan(0 + %)螺母與支承而間的摩擦力矩為(2-3)t =丄 f f 6 _ ：2"3z。弐-盃將(2-2)、(2-3)、代入(2-1),得(2-4)和處附+訃訓(xùn)茶魯表21相數(shù)電流電阻最大靜轉(zhuǎn)矩重量外形尺寸(a)(q) (kg.cm) (kg)lo(mm) l1 (mm)綜合考慮螺紋升角；螺旋副的當(dāng)量摩擦角arctan 1.155/ (f為摩擦系數(shù)，無潤滑時(shí) f-0.1-0.2)；螺母與支承面間的摩擦系數(shù)可得

14、t = 0.2 化(2-5)因?yàn)榻z杠傳動(dòng)過程中并無螺母與支承面間的摩擦阻力矩t2,所以可利用公式(2-5)計(jì) 算本設(shè)計(jì)中所用電機(jī)的轉(zhuǎn)距，并且計(jì)算出的轉(zhuǎn)距一定大于推力所用的轉(zhuǎn)矩，在選用電機(jī)時(shí) 留出了工作余量。由于在工作的絲杠與電機(jī)軸之間使用了一組齒輪減數(shù)常，z尸20, z2=36,心鄉(xiāng)=1&計(jì)算得岀所需電機(jī)轉(zhuǎn)矩為0.0087n.m在考慮到空間、質(zhì)量因素后決定采用35byg310型步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)各項(xiàng)參數(shù)如表3-1 所示：(通用技術(shù)參數(shù))混合式步進(jìn)電機(jī)步距角1.8°±5%絕緣電阻500v dc 100mq min絕緣強(qiáng)度50hz 1 minute 500v min環(huán)境溫度

15、20°c +50°c溫升80 °c max.徑向跳動(dòng)0.02mm max.軸向跳動(dòng)0.1 -0.3mm35byg408 21.601.30.90.15292135byg409 20.32 231.40.202921選擇步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8。，絲杠導(dǎo)程為1.5 mm,機(jī)器人行進(jìn)的分辨率為0.0075 mm/ 步。工作體轉(zhuǎn)動(dòng)所用步進(jìn)電機(jī)的選擇。工作體在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中需要克服由重力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，由于工作體形狀未知，故設(shè)工作 體重心偏移量為最大，工作體質(zhì)量為1.5 kg,得出所需電機(jī)轉(zhuǎn)矩為0.375n.m。選擇57byg008型步進(jìn)電機(jī)。步距角l.sdeg環(huán)境溫度25+4

16、0 °c絕緣等級(jí)b表22form 2-2型號(hào)電壓電流電阻電感最大靜力矩機(jī)身長轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量(v)(a)(q)(mh)(n.cm)(mm)(g.cm2)(kg)57byg007 120.38323029.441600.4557byg008 4.01.33.1 4.449.0511180.657byg009 2.42.41.0 1.558.8561450.652. 2推拉式電磁鐵的選擇本設(shè)計(jì)卡緊部分所采用的是推拉式電磁鐵，通過錐形塊來實(shí)現(xiàn)卡緊。 錐形塊的錐度設(shè)定為45。，支撐桿受力簡圖如圖21所示：r?圖21支撐桿受力簡圖diagram 2-1 prop up a pole to be s

17、ubjected to a dint sketch plan圖中f為電磁鐵推力，f?為作用在油管內(nèi)壁的卡緊力。因?yàn)殄F度為45。，所以fi=f2 o機(jī)器人前進(jìn)所用推力為9.8n,則電磁鐵所產(chǎn)生的卡緊 力應(yīng)大于9.8n。在電磁鐵的卡緊足上鍍上用于增大摩擦力的橡膠，保守的取滑動(dòng)摩擦系數(shù) 為0.5,計(jì)算得出所需電磁鐵的推力為為19.6n。由于機(jī)器人工作的空間狹小且工作條件不 清楚，所以在保證足夠力的前提下，應(yīng)盡量選擇體積小行程適屮的。所以電磁鐵選用 tct40z型推拉式電磁鐵。仔細(xì)分析電磁鐵工作曲線（如圖22 ）后，決定選用工作行程 為4 mm,功率50wotoodiagram2-23關(guān)鍵件的校核3.

18、 1絲杠的校核由于機(jī)器人前進(jìn)過程屮行進(jìn)的距離要進(jìn)行精確控制，屬于精密傳動(dòng)，所以絲杠材料選 用 crwmn 鋼，公稱直徑為 8mm , h = 0.75mm ,導(dǎo)程為 1.5 mm , p = 1 am pa o其中絲杠推力 f = 9.8n , d2 = 7.25,z = 7。計(jì)算得出：p = 0.08mpa<p,所以符合要求。32軸承的校核本設(shè)計(jì)中兩處用到了軸承，其中轉(zhuǎn)動(dòng)部分需要用角接觸球軸承70000型。本設(shè)計(jì)屮此 處選用角接觸球軸承既能抵消所受的徑向力，又能抵消所受的附加軸向力。又因?yàn)榇藢S 承所受的外摩擦力即軸向力非常小，故符合機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及壽命要求。另外固定絲杠時(shí)也需要選用軸承

19、。由于絲杠是與電機(jī)布置在同一部分機(jī)體內(nèi)，電機(jī)已 經(jīng)占據(jù)了一定空間，且絲杠公稱直徑很小，普通軸承不能滿足要求。我們在這里選用儀器 儀表軸承，d = 6mm , d = 13mm。軸承的基本額定載荷cz. =1.08kn, c” =0.45 kn。在輕載的情況下，軸向p;. < 0.07cr,即pr <75.6n11o在機(jī)器人行進(jìn)過程中，絲杠的推力為9.8n,所以選用的軸承滿足要求。3. 3鍵的校核轉(zhuǎn)動(dòng)部分使用了一個(gè)普通平鍵，傳遞轉(zhuǎn)矩為0.375n.o1 ,軸的直徑為16 mmb = 3mm, h = 3mm , i = 10mm。校核公式：計(jì)算得出鍵的材料為鋼fyp=25mpa ,符

20、合要求加。4驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的機(jī)電執(zhí)行元件。每外加一 個(gè)控制脈沖，電機(jī)就運(yùn)行一步，故稱為步進(jìn)電機(jī)或脈沖馬達(dá)。與其它驅(qū)動(dòng)元件相比其控制 有如下幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：1）通常不需要反饋就能對位移或速度進(jìn)行精確控制；2）輸出的轉(zhuǎn)角或位移精度高，誤差不會(huì)累積；3）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，與數(shù)字設(shè)備兼容，價(jià)格便宜。步進(jìn)電機(jī)的品種規(guī)格很多，按照其結(jié)構(gòu)和工作原理可劃分為反應(yīng)式電機(jī)、永磁式步進(jìn) 電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)和特種步進(jìn)電機(jī)四種主要形式。本次設(shè)計(jì)中采用混合式步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行需要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把 控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角

21、位移，既控制系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)器就 使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器擁有細(xì)分功能?？刂葡到y(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所前進(jìn)的不 一定是電機(jī)的固有步距角，真正的步距角和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。步進(jìn)電機(jī)通過細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的 驅(qū)動(dòng)，其步距角變小了，如驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)吋，其步距角只有“電機(jī)固有步距 角”的十分之一，也就是說：'當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在不細(xì)分的半步工作狀態(tài)驅(qū)動(dòng)所用電機(jī)時(shí)， 控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)0.9°；而用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，電機(jī) 只轉(zhuǎn)動(dòng)了 0.09。'，這就是細(xì)分功能。驅(qū)動(dòng)器細(xì)分后的主要優(yōu)

22、點(diǎn)為：1）完全消除了電機(jī)的低頻振蕩。低頻振蕩（約在200hz左右）是步進(jìn)電機(jī)的i古i有特 性，而細(xì)分是消除它的唯一途徑，如果步進(jìn)屯機(jī)有時(shí)要工作在共振區(qū)（如走圓?。?，選擇 細(xì)分驅(qū)動(dòng)器是唯一的選擇。2）提高了電機(jī)的的輸出轉(zhuǎn)矩。尤其是對三相反應(yīng)式電機(jī)，其力矩比不細(xì)分時(shí)提高了 30-40% o3）提高了電機(jī)的分辨率。由于減小了步距角、提高了步距的均勻度，'提高電機(jī)的分 辨率'是不言而喻的。本設(shè)計(jì)屮共使用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，型號(hào)分別為35byg310和57byg008o為兩電機(jī)選擇的驅(qū)動(dòng)器型號(hào)均為sh-2h057m,該驅(qū)動(dòng)器所用的是全功能步進(jìn)電機(jī)專用 控制芯片，是由超大規(guī)模的硬件集成，具有高度

23、的抗干擾性及快速的響應(yīng)性，不會(huì)像單片 機(jī)控制那樣易產(chǎn)生死機(jī)及丟步現(xiàn)彖。由于不同工作體對機(jī)器人行走的分辨率有不同要求，所選的驅(qū)動(dòng)器有細(xì)分功能，對應(yīng) 不同工作體的要求，選擇相應(yīng)的'細(xì)分?jǐn)?shù)'，驅(qū)動(dòng)器的'細(xì)分?jǐn)?shù)'調(diào)法非常簡單，只需要 根據(jù)而板上的提示，通過撥位開關(guān)設(shè)定即可。5機(jī)器人工作過程1）機(jī)器人置于初始狀態(tài)一一電機(jī)、電磁鐵失電，卡緊桿放松管壁，支撐軸緊靠管壁。2）給定行進(jìn)量：機(jī)器人到工作體工作位置的距離。3）后足卡緊，前足放松。后足處行程開關(guān)給出信號(hào)，后足已到位。行進(jìn)用步進(jìn)電機(jī) 得電旋轉(zhuǎn)，通過齒輪減速器的作用，電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人的身體拉長，前部身體前 進(jìn)一個(gè)工

24、作行程。4）步進(jìn)電機(jī)斷電。機(jī)器人后足松開管壁，卡緊足在彈簧作用下恢復(fù)原位。前足卡緊， 前足行程開關(guān)給出信號(hào)，前足已到位。步進(jìn)電機(jī)得電反轉(zhuǎn)，絲杠反轉(zhuǎn)，機(jī)器人身體恢復(fù)原 長，后部身體前進(jìn)一個(gè)工作行程。5）不同工作體對機(jī)器人行進(jìn)有不同的要求，如為給定的工作位置，機(jī)器人按程序行 進(jìn)，到達(dá)指定位置后，進(jìn)行定位。如工作體工作位置不定，例如管道探傷的工作，機(jī)器人 的行進(jìn)需要受到傳感器所發(fā)信號(hào)控制，當(dāng)機(jī)器人到達(dá)指定位置，傳感器發(fā)出停止信號(hào)，機(jī) 器人停止前進(jìn)。6）機(jī)器人到達(dá)指定位置后，行進(jìn)用步進(jìn)電機(jī)失電，機(jī)器人停止前進(jìn)。同時(shí)前后足卡 緊，兩處行程開關(guān)給出到位信號(hào)。機(jī)器人卡進(jìn)后，旋轉(zhuǎn)用步進(jìn)電機(jī)得電，工作體按要求進(jìn)

25、 行旋轉(zhuǎn)。7）工作體在第一個(gè)位置的工作完成后，給出完成信號(hào)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)失電，機(jī)器人卡緊 足放松，機(jī)器人恢復(fù)為行進(jìn)狀態(tài)。根據(jù)不同工作體的要求，機(jī)器人工作過程會(huì)有所不同，但基本會(huì)按如上步驟進(jìn)行爬 行動(dòng)作。6控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6. 1電磁鐵及步進(jìn)電機(jī)的控制本設(shè)計(jì)中共有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)和兩個(gè)推拉式電磁鐵需要控制，其中電磁鐵控制與電機(jī)控 制相比較為簡單，只有得電與失電兩種狀態(tài)。而步進(jìn)電機(jī)控制相對復(fù)雜。在步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算機(jī)控制中，單片機(jī)、plc等工業(yè)控制計(jì)算機(jī)根據(jù)要求產(chǎn)?？刂菩盘?hào)， 通過步進(jìn)電機(jī)的控制接口模板，控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖輸出，從而控制步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)、 運(yùn)行、停止、換向等，其基本控制作用如下"鐵1

26、）控制換相順序：步進(jìn)電機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格按照步進(jìn)電機(jī)的工作方式進(jìn)行。通 常將通電換相這一過程稱為脈沖分配。2）控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向：由步進(jìn)電機(jī)的工作原理可知，若按給定的工作方式正序通 電換相，步進(jìn)電機(jī)就正轉(zhuǎn)；若反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。3）控制步進(jìn)電機(jī)的速度：如果給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈 沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔時(shí)間越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。因此，脈沖的頻率 決定了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)整控制計(jì)算機(jī)發(fā)出脈沖的頻率，就可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖61所示。6. 2控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)6. 2. 1總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)主要采用八位單片機(jī)。

27、單片機(jī)在一塊芯片上集成了計(jì)算機(jī)的主要硬 件資源。除具有一般計(jì)算機(jī)快速性、準(zhǔn)確性、邏輯功能強(qiáng)等特性外，還具有自身特點(diǎn)網(wǎng)。1）體積小、重量輕、功耗低、功能強(qiáng)、性價(jià)比高。2）數(shù)據(jù)大都在單片機(jī)內(nèi)部傳送，運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。3）結(jié)構(gòu)靈活，易于組成各種微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。4）應(yīng)用廣泛，即可用于各種工業(yè)自動(dòng)控制等場合，又可用于測量儀器、醫(yī)療儀器及 家用電器等領(lǐng)域。但是，在許多情況下，例如在構(gòu)造一個(gè)機(jī)電測控系統(tǒng)時(shí)，考慮到傳感器接口、伺服 控制接口以及人機(jī)對話接口等需要，最小應(yīng)用系統(tǒng)不能滿足系統(tǒng)功能的要求，必須在片外 擴(kuò)展相應(yīng)的外圍芯片，這就是單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展。單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展一般包括程序存儲(chǔ)器（rom或

28、eprom）擴(kuò)展、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram） 擴(kuò)展、輸入/輸出口（i/o）擴(kuò)展、定時(shí)/計(jì)數(shù)器擴(kuò)展、中斷系統(tǒng)擴(kuò)展等。雖然單片機(jī)芯片木身已構(gòu)成一個(gè)最小系統(tǒng)，但作為一個(gè)最小應(yīng)用系統(tǒng)來說，仍需在片外加接一些沒有集成在片內(nèi)的功能器件。如8051/8751的本身既是最小應(yīng)用系統(tǒng)。由于集 成度的限制，這種最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。另外，對于片內(nèi)無rom/eprom的單片機(jī)，還必須配置外部程序存儲(chǔ)器。8031是片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)芯片，因此，其最小應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)在片外擴(kuò)展epromo 結(jié)構(gòu)如圖6-2oi rp2resetale豆8031*pl地址鎖存器d0-d7eprom圖62結(jié)構(gòu)圖diagram 6

29、-2 structure plans本次設(shè)計(jì)中采用8031作為單片機(jī)的芯片，需進(jìn)行外部程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展。單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展能力根據(jù)地址總線的寬度，在片外可擴(kuò)展的存儲(chǔ)器容量最大為 64kb,地址范圍為0000hffffh。片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器的操作使用不同的指令和控制信號(hào)，允許兩者地址重復(fù), 故片外允許擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各為64kb。6. 2. 2程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展使用eprom擴(kuò)展電路。紫外線擦除電可編程只讀存儲(chǔ)器eprom可作 為單片機(jī)的外部程序存儲(chǔ)器，其典型產(chǎn)品有2716a(2kx8)、2732a(8kx8)、27128a(16kx8)、 27256

30、a (32kx8)和27512a (64kx8)等。這些芯片上均有一個(gè)玻璃窗口，在紫外光下照 射20分鐘左右，存儲(chǔ)器屮的各位信息均變?yōu)?。此時(shí)，可以通過編程器將工作程序固化到 這些芯片中。本設(shè)計(jì)中使用2764a o2764a是一種8kx8位eprom,單一+5v供電，工作電流為75ma,維持電流為35ma,讀岀最大時(shí)間為250nso擴(kuò)展電路如圖6-3。圖63 2764a擴(kuò)展電路圖diagram 632764 ashes expand electric circuit diagram如需耍在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行在線修改，并能在斷電的情況下保持修改的結(jié)果的，可使 用eepromo eeprom是一種電

31、擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，在需要的情況下，此種存儲(chǔ)器 可滿足要求。6. 2. 3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展可使用的有靜態(tài)讀/寫存儲(chǔ)器ram,動(dòng)態(tài)讀/寫存儲(chǔ)器ram和 eeprom等。靜態(tài)ram是最常用的，這種存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)無需考慮刷新問題，故它與微處 理器的接口很簡單。靜態(tài)ram是通過有源電路來保持存儲(chǔ)器屮的信息，與動(dòng)態(tài)ram相比， 需要消耗更多的功率，且價(jià)格較高，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器每位的價(jià)格要比靜態(tài)存儲(chǔ)器低4倍。由于靜態(tài)ram接口簡單，本次設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展使用靜態(tài)ram芯片6264o 6264 是8kx8位靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片，cmosi藝制造，單一+5v供電，額定功耗200mw,典 型存取時(shí)間20

32、0nso擴(kuò)展電路如圖6-4。圖6-4 6264擴(kuò)展電路圖diagram 6-46264 ashes expand electric circuit diagram6. 2. 4輸入輸出口的擴(kuò)展8031芯片只提供四個(gè)8位并行i/o 口，但這些i/o 口不能完全提供給用戶。只有在使 用具有片內(nèi)rom/eprom的8051/8751芯片且不需要作外部擴(kuò)展時(shí)，才允許將這四個(gè)i/o 口作為用戶i/o 口使用。對于大多數(shù)使用8031能夠使用的i/o 口只有p1 口和部分p3 口線。 在大部分mcs-51單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要進(jìn)行i/o 口擴(kuò)展。單片機(jī)擴(kuò)展的i/o 口有兩種基本類型：簡單i/o 口擴(kuò)展和

33、可編程i/o 口擴(kuò)展。前者功 能單一，多用于簡單外設(shè)的數(shù)據(jù)輸入或輸出；后者功能豐富，應(yīng)用廣泛，但芯片價(jià)格相對 較貴。1）簡單i/o 口擴(kuò)展簡單i/o 口擴(kuò)展有兩種，用并行口擴(kuò)展i/o 口和用串行口擴(kuò)展i/o 口。兩種擴(kuò)展方法均 有缺陷，這里只對并行口擴(kuò)展i/o 口進(jìn)行簡單介紹。其擴(kuò)展方法可參照圖65所示連接方 法。圖6-5連接方法diagram 6-5 conjunction methods2）可編程i/o 口擴(kuò)展可編程i/o 口擴(kuò)展是使用一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的接口芯片，以完成各種復(fù)雜的操作。這類芯 片一般具有多種功能，在使用前，必須由cpu對其編程，以設(shè)定其工作方式，之后才能 使芯片按設(shè)定的方式進(jìn)行

34、操作，這就是可編程接口。本次設(shè)計(jì)使用這種方法進(jìn)行i/o 口擴(kuò) 展。使用的芯片為8155, 8031可直接和8155連接而不需要任何外加邏輯，可以直接為系 統(tǒng)增加256字節(jié)外部ram、22根i/o線及一個(gè)14位定時(shí)器。8155具有如下結(jié)構(gòu)：a 256字節(jié)的靜態(tài)ram,存取時(shí)間為400nsob三個(gè)通用的輸入/輸出口。c 一個(gè)14位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器。d地址鎖存器及多路轉(zhuǎn)換的地址和數(shù)據(jù)總線。e單一+5v電源，40腳雙列直插式封裝。當(dāng)8155作為單片機(jī)的擴(kuò)展芯片時(shí)，是按外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址的，為16位地址數(shù) 據(jù)，其高8位由片選線狂提供，而低8位地址為片內(nèi)地址。用好81551/0 口的關(guān)鍵在于正 確

35、理解各個(gè)i/o 口每一位的功能含義，據(jù)此編寫準(zhǔn)確的控制字，并寫入命令寄存器。其基 木硬件連接方法如圖6-6所示。圖6-6連接方法diagram 6-6 conjunction methods6. 2. 5抗干擾的設(shè)計(jì)在實(shí)際環(huán)境中原本可正常運(yùn)行的系統(tǒng)卻不能正常工作。問題出在干擾上。為了提高單 片機(jī)系統(tǒng)工作的可靠性，需要為抑制干擾做很多工作。要使單片機(jī)系統(tǒng)能在實(shí)際工作環(huán)境 中正常運(yùn)行，抗干擾技術(shù)尤為重要。常見的硬件抗干擾的措施有“鐵1）光電隔離：在輸入與輸出之間，采用光耦合器來完成前后級(jí)間信號(hào)耦合，從根本 上切斷了前后兩級(jí)間的電氣電路連接，保證了干擾信號(hào)無法在前后級(jí)間傳輸。2）濾波電路：采用rc低

36、通濾波、整流元件上并接濾波電容等各種濾波電路，主要切 斷來自電網(wǎng)的各種干擾。3）采用過壓保護(hù)、良好的接地和合理的屏蔽。雖然硬件措施抗干擾要增加系統(tǒng)的投資和設(shè)備的體積，但它的優(yōu)點(diǎn)是效率很高。木次設(shè) 計(jì)采用碩件措施抗干擾，使用光電隔離法。有效地保證系統(tǒng)的正常工作。9電乜劇程序流程圖.dwg2017/9/12 11:30autocad 圏形33 kb9電氣控制圖dwg2017/9/12 11:29autocad 圖形65 kb豈 fiufcdwg2017/9/12 11:27autocad 圖形46 kb9機(jī)體2dwg2017/9/12 11:28autocad 圏形44 kbg聽k劉酌機(jī)器人裝配圖

37、dwg2017/9/12 11:27autocad 圏形352 kb邑電氣控劇性厚流怪圖.exb2017/8/12 16:50exb文件58 kb畫電氣圖.exb2017/9/12 11:29exb文件115 kb畫機(jī)體零件aa.exb2017/9/12 11:28exb文件74 kb畫機(jī)體零件圖2.exb2017/9/12 11:27exb文件74 kb邑裝配圏exb2017/8/12 16:51exb文件539 kb3電乜制程序流程圖jpg2017/9/12 11:30jpeg圖金29 kb期電社劇圖jpg2017/9/12 11:29jpeg囹燼87 kb爭機(jī)優(yōu)jpg2017/9/12

38、11:27jpeg圖嫌31 kb爭論文內(nèi)容預(yù)覽你jpg2017/9/12 11:25jpeg圖金163 kb3內(nèi)劉b行機(jī)器人裝ie圖jpg2017/9/12 11:26jpeg圖像105 kb包；fi«內(nèi)堅(jiān)1b行機(jī)器人的設(shè)計(jì)doc2017/9/12 11:25microsoft office4,738 kb名稱修改日朋大小7結(jié)論本文介紹了一種針對油管的可在油管內(nèi)壁爬行的管道機(jī)器人。設(shè)計(jì)的口的是，可以為 制造可進(jìn)行特殊作業(yè)的管道機(jī)器人提供一個(gè)穩(wěn)定合適的載體，本文從機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制 兩方面對機(jī)器人設(shè)計(jì)做了說明。在不確定工作體的情況下，對機(jī)器人的工作過程也有一定 的介紹。通過對管道機(jī)器人

39、在國內(nèi)外發(fā)展的了解，知道了管道機(jī)器人工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)有著很廣 泛的應(yīng)用，它可以輕松的完成很多人力不易完成的工作，本次設(shè)計(jì)對工作生產(chǎn)有很大的實(shí) 際意義。本次機(jī)器人的設(shè)計(jì)的完成提供了一種適應(yīng)能力出色的載體，在行進(jìn)過程中可在任意位 置停止前進(jìn)，工作體可在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下完成小于360度的任意角度的旋轉(zhuǎn)，它可以搭載 工作體穩(wěn)定的工作，為進(jìn)一步工作打下了良好的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)的機(jī)器人在一定精度范圍內(nèi)基 本滿足了不同工作體的要求，成功地完成了這次設(shè)計(jì)的任務(wù)。參考文獻(xiàn)1 甘小明，徐濱士.管道機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀m北京：科學(xué)出版社，2003. 72.2 tokuji okada a there-wheeled self-adj

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41、：機(jī)械工業(yè)出版社，2000,2821.8 吳宗澤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003,374375.9 陳鐵鳴，王連明，王黎欽.機(jī)械設(shè)計(jì)m.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003,8.10 謝少榮，羅均，林中華，蔣薬現(xiàn)代控制與驅(qū)動(dòng)技術(shù)m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2005,139149.11 蔡穎，薛慶，徐弘山.cad/cam原理與應(yīng)用m遼寧:機(jī)械工業(yè)出版社，1998,8.12 王洪欣，李木，劉秉忠.機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)m 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2001,181.詳細(xì)d=w=g圖=紙：三二1爸爸五四0六3231885406|男19歲±7月13日(公歷)巨蟹座屬虎aw揶子樹與券心

42、蓮的空間全套資料低拾io快起附錄ax射線實(shí)時(shí)影象探傷管道機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)摘要這篇論文介紹了一種檢查大口徑管道焊接連接的機(jī)器人系統(tǒng)，它被發(fā)展作為x射線實(shí) 吋圖象檢查法rtht的自動(dòng)化平臺(tái)。該機(jī)器人在管道內(nèi)可以獨(dú)立尋找并確定焊接接縫位 置，在同步控制技術(shù)的控制下可以完成對焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)的任務(wù)。該機(jī)器人系統(tǒng)安裝有 一個(gè)小的焦點(diǎn)和具有定向波束的x射線管，因此可以獲得清晰度較高的焊接接縫圖像。關(guān) 于該機(jī)器人系統(tǒng)個(gè)別的關(guān)鍵技術(shù)也將被詳細(xì)說明。它的結(jié)構(gòu)是（？）。關(guān)鍵詞：x射線探傷、實(shí)吋影象、機(jī)器人0介紹與射線照相檢查方法（ret）相比較，x射線實(shí)吋圖像檢查法（rtttt）有許多優(yōu)勢， 比如較高的效率、較低

43、的成本，更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和對焊接缺陷進(jìn)行即吋評估。此外，最 新的技術(shù)允許x射線rtiit被用在對管道進(jìn)行無損檢測（ndt）,并且這個(gè)方法的檢查品質(zhì) 和ret1> 21是一樣的。因此，無損檢測設(shè)備，通常用于管道檢驗(yàn)的基于ret的設(shè)備，需要通 過改造變成基于x射線實(shí)吋圖像檢查法的。使用x射線實(shí)時(shí)圖像檢查法對管道進(jìn)行無損檢測一定要有一個(gè)自動(dòng)化平臺(tái)，x射線探傷 實(shí)吋影象管道機(jī)器人（irtipr）就是為該目的而設(shè)計(jì)的。事實(shí)上，除了已經(jīng)被解決的涉 及x射線探傷實(shí)吋影象管道機(jī)器人的問題之外，一些集中在機(jī)器人的智能控制的關(guān)鍵技術(shù) 也出現(xiàn)在這篇論文屮。，例如，機(jī)器人在管道內(nèi)的獨(dú)立動(dòng)作，同步控制技術(shù)和在管道

44、內(nèi)外 之間信息交流配合，我們也將機(jī)器人的結(jié)構(gòu)（？）。1機(jī)器人的工作原理這個(gè)x射線探傷實(shí)時(shí)影象管道機(jī)器人由管道內(nèi)和管道外兩部分組成，結(jié)構(gòu)詳見圖1。管 道外的部分由圖像采集處理系統(tǒng)（8, 9, 10）,管道外同步旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（11, 12）組成。圖像擴(kuò)大器由管道外旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來推動(dòng)并圍繞管道中心旋轉(zhuǎn)進(jìn)行采集焊接圖像及 通過圖像采集卡將圖象信號(hào)傳達(dá)給圖像處理計(jì)算機(jī)。管道內(nèi)的部分由管道內(nèi)電腦（1）、 電源和換流器系統(tǒng)（2 ）、行走及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（3 ）、x射線系統(tǒng)（4 ）、管道內(nèi)同步旋 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（5,6）和焊接接縫獨(dú)立尋找及定位系統(tǒng)（7）。x射線系統(tǒng)屮的x射線管由管道內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)推動(dòng)圍繞

45、管道的中心旋轉(zhuǎn)。圖1 x射線探傷實(shí)吋影象管道機(jī)器人的結(jié)構(gòu)機(jī)器人主要工作原理說明如下：在焊接接縫獨(dú)立尋找及定位系統(tǒng)的控制下管內(nèi)爬行器完成工作位置 的定位，并在定位的位置上處于等待的狀態(tài)。當(dāng)它收到從管道外由低頻電磁波傳達(dá)的指令信號(hào)時(shí)，管道 內(nèi)的電腦立即操縱x射線系統(tǒng)的控制器來實(shí)現(xiàn)管道外的控制。管道內(nèi)和管道外的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由同步控制 技術(shù)控制圍繞相同的管道屮心旋轉(zhuǎn)并按旋轉(zhuǎn)照射旋轉(zhuǎn)的方式完成焊接接縫檢查。2機(jī)器人的控制系統(tǒng)與工藝步驟的工作原理相比，x射線irtipi的控制系統(tǒng)主要由一些關(guān)鍵技術(shù)組成，例如以x射線圖 象標(biāo)準(zhǔn)檢查程序?yàn)榛A(chǔ)的同步控制技術(shù)和以數(shù)據(jù)合成及低頻電磁波傳遞為基礎(chǔ)的焊接接縫獨(dú)立尋找及 定

46、位技術(shù)。2管道內(nèi)和管道外旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的同步控制技術(shù)根據(jù)x射線實(shí)時(shí)圖象檢查法的技術(shù)要求，x射線管和圖像增強(qiáng)器必須圍繞同時(shí)地同一 個(gè)中心旋轉(zhuǎn)。因?yàn)閤射線irtipr采用無線的工作方式，機(jī)器人管道內(nèi)同管道外的部分是不 可能的由電纜連接著的。如何在管道內(nèi)外旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)同步信息通信，或 如何實(shí)現(xiàn)同步控制，變成必須被解決的關(guān)鍵技術(shù)。同步旋轉(zhuǎn)可以被描述為：當(dāng)管道內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)x射線管到旋轉(zhuǎn)a角時(shí)，管道外的旋 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)也帶動(dòng)圖像增強(qiáng)器同時(shí)繞同樣的中心旋轉(zhuǎn)到相同的角度（圖2。因?yàn)榻饘俟艿赖?遮擋作用和無線的特征，現(xiàn)有的通信手段很難完成在管道內(nèi)外控制信息的通信（4,5） o 根據(jù)x射線探傷實(shí)時(shí)影彖管道機(jī)

47、器人的特殊性，我們提出這同步控制方案如下：將一個(gè)垂 直于焊接接縫的標(biāo)準(zhǔn)檢查程序?qū)Ь€設(shè)置在x射線管的照射窗上；當(dāng)x射線照射到焊接接縫 時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)檢查程序?qū)Ь€也在管道外的電腦上成像。只要管道內(nèi)和管道外旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)處于同步 的位置，即x射線管的照射窗和圖像增強(qiáng)器的軸是重合的9=0）（圖2）,標(biāo)準(zhǔn)檢查程序 導(dǎo)線成像在電腦屏幕的中心位置。標(biāo)準(zhǔn)檢查程序?qū)Ь€的成像和標(biāo)準(zhǔn)檢查程序的中心線重合, 看圖3。當(dāng)管道內(nèi)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)0角時(shí)，在屏幕上標(biāo)準(zhǔn)檢查程序?qū)Ь€的成像偏離標(biāo)準(zhǔn)檢查程 序中心線，距離為ii。距離h被用作管道外旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的錯(cuò)誤輸入使調(diào)節(jié)自身旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)直到這距離ii為零或小于指定值，管道外旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)同步動(dòng)作可以被實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)和模擬證明以上同步控制技術(shù)是止確的。這種同步動(dòng)作滿足x射線探傷實(shí)時(shí)影象 管道機(jī)器人的技術(shù)要求。這種方法以x射線當(dāng)做觀測信號(hào)源，管道內(nèi)和管道外的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)同步動(dòng)作信息通過x 射線圖彖的標(biāo)準(zhǔn)檢查程序?qū)Ь€偏離標(biāo)準(zhǔn)檢查程序中心線距離確定，從而執(zhí)行同步動(dòng)作