螺旋轮式管道机器人毕业论文.docx

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1、螺旋轮式管道机器人的机构设计与仿真分析学校代码：11517学 号：200806111105河由N先学玄HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING毕业设计题 目学生姓名专业班级管道机器人的机构设计与仿真分析张海红机械设计制造及其直动如Q844学号 学0806111105系（部机械工程系指导教师 王新莉（教授） 孟凯（助教）完成时间2012年5月20日河南工程学院论文版权使用授权书本人完全了解河南工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交论文的印刷本和电子版本；学校有权保存论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；

2、学校有权提供目录检索以及提供本论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。论文作者签名：年 月 日河南工程学院毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在指导教师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。论文作者签名:河南工程学院毕业设计（

3、论文）任务书题目管道机器人的机构设计与仿真分析专业 机械设计制造及自动化 学号200806111105 姓名 张海红主要内容、基本要求、主要参考资料等:选题背景:在核工业、石油天然气、军事装备等领域中，管道作为一种有效的物料输送手段而得到广泛应用，为了提高管道寿命，防止泄露等事故的发生，管道机器人作为高效准确的故障诊断、检测和维修手段应运而生，广泛地应用于管到的探伤、补口、维修、焊接等诸多领域。主要内容:设计一款管道机器人的机构，对设计的机构进行动力学分析。基本要求:建立三维模型，进行运动学分析，提交图纸，设计说明书等相关资料。主要参考资料：机电一体化系统设计传感器技术机器人技术机构设计单片机

4、技术应用相关科研论文10篇完成期限：指导教师签名：专业负责人签名：年 月 日目录中文摘要I英文摘要II1前言11.1 课题的背景与意义11.2 机器人的发展现状及趋势11.2.1 国内外管道微型机器人的发展近况21.2.2 商业领域的管道机器人61.3 本课题的设计任务81.4 论文的主要内容82螺旋轮式管道机器人的总体方案设计112.1机器人管内运动方式对比分析112. 1. 1 轮式112. 1.2蠕动式122. 2螺旋轮式管道机器人的运动机理141. 2. 1机构的原理142. 2.2机器人设计要点153管道机器人行走机构的分析与设计错误味定义书签。2.1 旋转轮的结构设计162.1.1

5、 机构运动受力分析163. 1.2运动自由度分析183. 1.3电机的选择183.2 电机连接轴的设计193.3 弹簧的设计与选择213.4 支撑轮和电机的固定方案223.5 探测头的定位方案234管道机器人在管中运动通过性分析244.1管道环境对机器人的几何约束245监视控制系统265.1 探测头的选择265.2 检测系统265.3 单片机控制系统275.4 控制程序285. 4. 1 H 桥式驱动电路(H- bridged power amplifier)286. 4. 2 机器人与主控计算机的通讯(The com-munication between the robotand maste

6、r computer)296行程的计算317应用前景32结束语31致谢32参考文献33螺旋轮式管道机器人的机构设计与仿真分析螺旋轮式管道机器人的机构设计与仿真分析摘要管道是人们日常生产生活中常用的一种运输工具，石油的运输、城市中废水和废气的排放，城镇集体供暖中暖气的输送和空调的通风等等，都需要用到管道。但管道并不能永久的保持有效性，如管道会出现老化、堵塞、破裂和附着细菌等现象，这就需要对管道进行检测、探伤与定位。有时由于管道结构的特殊性，使人们对管道破损进行检测与定位非常困难，最有效的方式就是利用管道机器人进入管道执行任务。所以管道机器人研制的根本意义在于：可以实现管道的无损维护、内窥检测及破

7、损定位等工作，提高管道检测和清理的效率。本文综合分析了国内外油气管道机器人近年来的发展情况，特别对油气输送管道、油气井和油田与石化企业中的各种管道机器人进行了分析，设计了一种螺旋轮式管道机器人，并详细说明了机器人的工作原理、结构特点及发展过程。最后结合我国石油工业发展的具体情况，给出了管道机器人在油气输送管道、油气井及其他管道中的应用前景。关键词：管道/检测/机器人/变径I螺旋轮式管道机器人的机构设计与仿真分析Spiral Roller Pipeline Robot MechanismDesign And Simulation AnalysisABSTRACTThe pipeline is a

8、 common means of transport in the people daily life, oiltransportation, city waste water and exhaust emission of urban, collective heating heatingtransmission and air conditioning ventilation etc, require the use of pipeline. But the pipesare not permanently maintain effectiveness, such as pipeline

9、will appear aging, jam,rupture and attachment of bacteria and other phenomena, it is necessary to detect, detectionand location of pipeline. Sometimes because of the special structure of the pipeline, so thatthe piping detection and location is very difficult, the most effective way is to use thepip

10、eline robot into the pipeline to perform a task. So design the pipe robot for fundamentalsignificance lies in : it can realize pipeline non-destructive maintenance, endoscopicdetection and localization of damage and so on, improving the pipeline detection andcleaning efficiency.This paper analyzes t

11、he domestic and international oil and gas pipeline robot aboutthe development in recent years, especially for oil and gas pipelines, oil and gas and oil andpetrochemical companies in a variety of in pipe robot are analyzed, Design of a spiralroller pipeline robot, and a detailed description of the r

12、obots working principle, structurecharacteristics and development process. Finally, combined with the development ofindustry of our country oil situation, gives the robot for pipeline in oil and gas pipelines, oiland gas and other pipeline application prospect.KEYWORDS pipe, testing, robot, variable

13、 diameterii螺旋轮式管道机器人的机构设计与仿真分析1绪论1.1 课题的背景与意义工业管道系统已广泛应用于冶金、石油、化工及城市水暧供应等领域。工业管道的工作环境非常恶劣，容易发生腐蚀、疲劳破坏或使管道内部潜在的缺陷发展成破损而引起泄漏事故等，因此管道的监测、诊断、清理和维护就成为保障管道系统安全、畅通和高效运营的关键，管道的探查也就成了管道无损检测技术应用、发展的重要方向之一。然而管道所处的环境往往受人力或人手不及所限，检修难度很大，故通常对重要和不允许泄漏的管道采用定期或提前报废的办法，从而造成了巨大人力和物力损失。目前关于地下管道的质检，常采用工程量十分巨大的“开挖”抽检方法，但

14、劳动强度大、效益低，而且由于随机抽样法经常出现漏检，因而准确率低、效果并不理想。并且往往会妨碍道路交通。因此开发适应在管道这一特殊环境下工作的特种管道机器人，使人脱离危险作业的生产第一线，减轻人的劳动强度，提高生产效率，减少不必要的损失是机器人发展的一个必然方向。我国油气管道大多是在6 07 0年代建设的,迄今仅在役时间近3 0年、处于中老龄期和事故多发性阶段的长输管线已逾1.7万km,正面临着道进入中老龄期，处于事故多发阶段，油气管道的检测和评价的需求已日趋迫切。在核工业、石油天然气、军事装备等领域中，管道作为一种有效的物料输送手段而得到广泛应用，为了提高管道寿命，防止泄漏等事故的发生，管道

15、机器人作为高效准确的故障诊断、检测及维修手段应运而生，广泛地应用于管道的探伤、补口、维修、焊接等诸多领域。1.2 机器人的发展现状及趋势工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广,作为先进制造业的支撑技术和1/44信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会（IFR）的统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入20世纪90年代，机器人产品发展速度加快，年增长率平均在10%左右。2004年增长率达到创记录的20%。其中，亚洲机器人增长幅