多节步进式管道机器人设计+文献综述(2)
5.2 单片机开发板 33
6 控制系统软件设计及基础实验 35
6.1 控制系统的软件设计 35
6.2 基础实验 40
结 论 42
致 谢 44
参 考 文 献 45
附 录 47
1 绪论
1.1 管道机器人概述
当前诸多行业如石油、天然气、核工业、给排水、锅炉、中央空调通风等行业中，管道的使用量急速增长。但管道在使用过程中会由于腐蚀、压力以及其它外力损伤等因素对管道造成一定影响，需要定期对管道内部进行清洗、文护从而延长管道使用寿命，以及定期检测与安全评估来预防重大安全事故等工作[1]。多数管道安装环境人们不能直接到达或不允许人们直接介入，为了进行质量检测和故障诊断，采用传统的全面挖掘法、随机抽样法或目前广为流传的SCADA系统法，工程量大，准确率低，管道机器人就是为解决这一实际问题产生的[2]。
随着经济的发展，社会对埋地管道的需求量越来越大，我国在未来的一二十年内，埋地管道将快速发展，进入建设和发展的高峰期。世界上的工业发达国家鉴于埋地管道具有泄漏和爆炸等危险，都颁布了相关的法律法规，规范了对埋地管道的设计、施工焊接、运行等过程的严格控制，确保埋地管道的运行安全，确保不出现事故。近年来，由于我国在压力管道安全管理方面起步较晚，技术、管理、文修等方面跟不上，造成泄漏与爆炸事故经常发生，严重威胁到人身安全并且污染环境，因此在我们国家，提高压力管道的检测和文修技术，确保压力管道的安全有效运行，具有更加重大的意义。而成为国内外研究热点的管道机器人，已经作为一种有效而可靠的管道检测工具，得到越来越多人的重视。
管道机器人是集驱动技术、传感器技术、控制技术以及信号处理技术于一体，可携带操作机械（如操作手、喷枪、焊枪、刷子）沿着管道的内部或者外部行走并在计算机自动控制或者人员操作下进行管道作业的机—电—仪一体化系统[3-6]。
目前国内外管道机器人的研究成果已经很多，可是在微小管道、特殊管道（如变径管道、带有U型管的管道）进行检测、文修还刚起步，但是由于该类管道在各个领域的广泛应用，因此研发该类机器人极具吸引力。
1.2 管道机器人的研究现状
1.3 各种管道机器人的优缺点
目前的管道机器人按照驱动方式大致可以分为以下三种：1、自驱动（自带动力源）；2、利用流体推力；3、通过弹性杆外加推力。本文讨论的是第一种，即自带动力源式，这种驱动方式的管道机器人按照驱动机构的不同又可以分为轮式、脚式、蠕动式和履带式这样几类。
轮式行走管道机器人依靠机器人的驱动轮与管壁压紧，提供前进所需的摩擦力，构成机器人行走的基本要素。这种管道机器人具有结构简单，行走连续平稳、速度快、可靠性高、行走效率高等诸多优点，目前已开发出的管道机器人大多为轮式，也是实际工程中使用最多的一种方式，其缺点是不适合在竖直管道内使用，且对管道和驱动轮的磨损较大；脚式行走管道机器人的基本原理是利用腿推压管壁来支撑个体，多腿可以方便地在各种形状的弯管内移动，可以自动随管道弯度转向，这种机器人的缺点是移动速度较慢；蠕动式管道机器人是模仿昆虫在地面上爬行时蠕动前进与后退的动作设计的，主要依靠气缸、电动机构或者丝杠螺母传递动力，这种管道机器人的优点是结构简单，整体对称性好，能够提供较大的动力，缺点是运动速度较慢；履带式管道机器人的行走机构不是轮子而是履带，其结构复杂，不易小型化，转弯性能差，因此实际应用中大多用于中大口径的管道机器人载体上，但是履带式管内移动机器人有效地解决了驱动力--正压力--摩擦力之间的矛盾，是一种在恶劣环境下有效的行走方式。
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