一种无线通信的立式油罐检测爬壁机器人研制-论文.pdf

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1、务l訇化一种无线通信的立式油罐检测爬壁机器人研制Researchonawirelesswall-clmibingrobotforverticaloiltankinspection季晓明‘，文怀海JIXiao．ming．WENHuai．hai(1．江苏安全技术职业学院，徐州221011；2．大连理工大学机械工程学院，大连116023)摘要：立式油罐是石油石化行业中最常见的存储设备，为此设计一种永磁轮式爬壁机器人(wall-climbln8robot，WCR)代替人工对油罐进行无损检测。基于WEB的地面系统采用无

2、线方式对爬壁机器人进行远程控制和信息查看，并将控制系统划分了多层结构来对WCR进行控制。采用了油罐表面全覆盖算法来对油罐表面进行全覆盖检测，通过仿真和实验室测试完成了预期效果。关键词：爬壁机器人；无线；全覆盖算法中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1009-0134(2014)09(上)-0058-04Doi：10．3969／J．i88n．1009-0134．2014．09(I--)．150引言1．2WCR工作指标1)WCR除了克服自身重量吸附在油罐表明立式油罐是石油石化行业中最常见的存储设外，还需要

3、克服携带的无损检测工具，一般不低备，以往的人工检测不能满足体积在几万立方米于25kg。的油罐，为此设计出一种油罐爬壁机器人来代替2)为了使WCR能够在规定时间内很好地完成人工检测。目前针对此任务的爬壁机器人主要是无损检测工作，需要使其行走速度控制在5米～1O通过有线线缆来控制机器人，增加了机器人本身米，并能够翻越10mm障碍。的重量，并给现场检测带来不方便性。为此本文3)为了方便地面系统进行控制，采用无线远设计了一种基于无线分层控制的油罐检测爬壁机程遥控，控制半径不低于50米。器人，并提出了一种油罐表面全覆盖

4、算法，能够基于以上要求，WCR需要最终完成复合式任较好地解决了对以往爬壁机器人在油罐障碍物附务，比如对油罐厚度进行探测，对那些破损需要件局域漏检的问题。因此，可以采用此种爬壁机修复的表面进行喷砂和喷漆处理。器人对油罐表明进行全面检测，但仍存在一些问题需要改进。1．3WCR机械结构设计基于以上几个方面要求，本WCR选择了4轮驱1机器人本体设计动的非接触永磁轮式结构[2】。该机器人结构如图1．1WCR工作环境1所示，整个机器人本体长约410mm、宽约250mm、所设计的WCR的主要功能是在无任何支架的高约90mm

5、。本体由车体框架结构、4轮及非接触情况下携带无损检测工具对油罐进行检测。这种吸附单元组成；4个直流伺服电机分别驱动爬壁机立式油罐主要是石油公司对其进行储油，所以一器人的4个轮子，为使能够翻越障碍，加入了减震般都设计半径为5米～l0米，高度为15米～25米的机构增加其越障能力。为使WCR转向不会对罐壁圆柱体，材料为钢制，为此本人选用永磁式吸附喷漆造成损坏，特为每个轮子分别套有特制的耐方式。基于以上油罐相关数据，完成一个如此容磨防滑橡胶胶套，这种方式能够提供更稳定的吸量大的整体油罐需要采用钢板进行焊接，势必会附能

6、力。存在焊缝，这些焊缝的突起有10mm左右，这将经为了使WCR可靠的行走，永磁材料选用高性常导致故障发生，所以wCR在行进时必须能够翻能的Nd15Fe77B8，其主要特性如表1所示。越这个障碍。收稿日期：2014-05-19基金项目：江苏省职业教育教学改革研究课题(ZYB111)作者简介：季晓明(1983一)，男，江苏射阳人，讲师，本科，研究方向为自动控制。【58】第36卷第9期2014—09(上)务l注匐化1．底座；2．轴承座；3．电机座；4．电机；5．轴承；6．车轮轴图2嵌入式计算机系统结构图7．车轮；8

7、．联轴器；9．注销；1O．支撑板；11．加强筋图1爬壁机器人本体机械结构图与记录。配备的传感器有：光学编码器、CCD摄像头、无损检测传感器、重力传感器、加速度传表1Nd，5Fe77B8主要性能参数感器等。BHCBHciHBRateof光学编码器主要是用来测量伺服电机的位置(T)(KA／m)(KA／m)(KJ／m3)Hysteresis(IJ)和速度，．并反馈给伺服电机；CCD摄像头能够对1．O6—1．1680o～880>1360224～2481．05～1．10油罐表面的焊缝进行视频提取，进而可以利用地2控制系

8、统面系统进行判别。无损检测传感器能够探测出油罐表明的故障。重力和加速度传感器二者进行信2．1硬件系统息融合对WCR的方位信息作出决策，以便帮助工WCR硬件系统采用二级多层次进行控制。作人员更好地了解WCR当前的状况，防止发生意上位机采用基于Web的计算机系统，下位机主要外状况以及为以后检测任务提供相关依据。是采用嵌入式计算机系统，二者通过无线进行通2．1．3分层级控制策略讯。具体包括嵌入式计算机系统