作为典型的特种工程设备，管道机器人一般具有以下特点：                   

（1）功能拓展性强：管道机器人需要根据需要，执行多种任务。强大的功能拓展性可以使工程人员快速、低成本开发适应特殊工况的功能，提高管道机器人的适用范围。

（2）通讯系统可靠：管道机器人工作环境封闭、特殊。通讯信号会受到管道材料、传输距离、大型实体障碍物屏蔽。可靠的通讯系统是保证管道机器人正常工作的基础。

（3）通过性高：目前的管道系统较为复杂，管径变化频繁，同时管道堵塞，变形都会对管道机器人的通过性提出挑战。

（4）环境适应能力强：管道内部环境复杂。管道机器人需要采取良好的环境隔离措施，防止电子元器件受到潮湿、过水、灰尘的影响。

2。2 管道机器人参数

 管道直径：160-250mm；

 管道材料：PVC管道或者有机玻璃管道；

 有效载荷：200N；

 最大移动速度：V=100m/min；

 供电方式：感应充电蓄电池；

2。3 管道机器人控制系统总体设计方案

2。3。1目标机械结构设计

圆形管道形状特殊、内壁光滑，传统的四轮式管道机器人与管道内壁接触面窄，无法获得足够的摩擦力，很容易造成机器人打滑、倾斜甚至是翻倒。本文设计了一种专门针对圆形管道螺旋式机械结构，解决了四轮式管道机器人的不足。图2-1展示了目标机械结构的机构简图和机械结构三维图

图2-1 目标机械结构示意图 

管道机器人机械结构由导向部分和驱动部分组成，中间通过联轴器相连。驱动部分由电机和行星减速器构成[5]。行星减速器的底部连接了三个120°夹角分布的驱动轮轴，每个轴上装配一个驱动轮，驱动轮的中心轴线与电机的轴线呈一锐角倾斜角。当行星减速器在直流电机的驱动下旋转，就会产生向前或者向后的推力。导向部分由一个圆柱机体和在机体上对称分布的三组轮轴构成，轮轴可装配两个轮子，作为导向轮[6]。导向轮的中心轴线与圆筒机体轴线相垂直。目标机械解雇具有以下特点：论文网

（1）驱动轮通过紧贴管道内壁旋转产生驱动力，使轮胎表面与管道内壁接触面积达到最大化，获得了较大的摩擦力，避免了管道机器人在管道内打滑的现象。

（2）驱动轮架、导向轮轮架均安装了弹性装置，使驱动轮和导向轮弹压管道内壁，一方面，可以产生预紧力，增加管道机器人机体摩擦力，防止打滑；另一方面，当遇到管道变形，管径变化情况时，轮架可以产生自适应变化，提高机器人的通过性。

（3）驱动转子单向旋转，管道机器人机体受到切向力作用，如果不加以限制，将会造成管道机器人机体倾斜。本文采用对称设计，利用前后对称转子相对旋转，抵消切向力，保持机体姿态正确。

2。3。2控制系统结构图

根据管道机器人控制系统的技术要求，本文设计出了控制系统总体方案。控制系统总体方案结构如图2-2

图2-2控制系统结构图

2。3。3控制系统硬件设计

本课题设计的管道机器人系统以单片机作为下位机控制核心，以无线串口和局域网络作为通讯技术，以PC机作为上位机控制核心。下面将从以上三个方面介绍本课题控制系统的硬件设计思路。

（1）下位机

考虑到管道机器人工作环境狭小、信息处理需求强的特点，在针对本课题的控制系统设计中，采用ARDUINO系列单片机作为下位机控制芯片。ARDUINO是在AVR单片机基础上进行后续开发，体积小，拓展能力强，同时兼具强大的信息处理能力，在工程中得到了广泛的认可。和AVR单片机相比，ARDUINO单片机编程语言更加简练，可读性和简洁性大幅提高，大大简化了编程难度。更为重要的是，经过10多年的快速发展，科研人员为ARDUINO设计了一系列完整的外部配套硬件，包括：多种传感器、电机驱动器、多元化通讯模块等，同时，为了简化编程，科研人员将复杂的C语言包装、简化，生成方便调用的库函数，极大方便了程序的可读性[7]。近年来，ARDUINO受欢迎程度大幅提高，在智能硬件、智能家居、科技教育领域大放异彩。