螺旋轮式小型管道机器人及其驱动控制系统研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com务I匐化螺旋轮式小型管道机器人及其驱动控制系统研究ResearchonscrewwheeIsmallpipelinerobotcontrolsystem刘彩霞，龚德利LIUCai—xia，GONGDe-Ii(上海应用技术学院机械工程学院，上海201418)摘要：作业管径小于80mm的小型管道机器人广泛应用于化工、制冷、核电站等领域的检测、维修等方面，其移动结构及信号采集和处理技术具有较高的实用价值和学术意义。采用螺旋轮式结构设计了内径为60mm的小型管道机器人，其原理简单、结构紧凑、控制

2、方便。螺旋轮式移动的主体结构，确保管道机器人具有较大的牵引力和移动速度。管道机器人在管道内的数据信号，由搭载在微型管道机器人的移动结构上的智能差压压力传感器采集传送到51系列单片机，通过无线蓝牙数传模块，将数据传输到上位机，利用VisualBasic程序软件实现计算机对管道机器人的控制。螺旋轮式小型管道机器人控制系统能够自由控制前进、后退、调速、自锁等，其动作状态数据也可利用上位机软件显示或打印。关键词：螺旋轮；小型管道机器人；智能差压压力传感器；单片机；控制系统中图分类号：TP242．3文献标识码：B文章编号：1009—

3、0134(2014)08(上)一0045—04Doi：10．3969l／J．Issn．1009-0134．2014．o8(I-)．110引言海大学做了大量工作。日本DENSO公司等研制了化工、制冷及核电站等相关领域，管道作为无线双压电晶片执行器微机器人，上海大学开发一种有效的物料输送手段应用极广。为了提高管研制了叠层压电执行器机器人、双压电晶片执行道的寿命，防止泄漏，保证安全，管道机器人作器机器人，日本东京工业大学研制了电机螺旋式为满足高效准确的故障诊断及定期检修的手段应推进机器人等J。运而生，其广泛地应用于管道的探伤、维

4、修和焊本文充分利用螺旋轮式驱动机构的优点，设接等诸多领域。计了60mm螺旋轮式小型管道机器人。基于螺作业管径小于80mm的机器人一般称为小型旋推进的轮式管道小型机器人具有一些独特的优管道机器人。在石油化工厂、热力交换站及核电点，如机器人本体结构紧凑、行走效率高、牵引设备厂等企业存在着大量微细管道，这些管道长力大以及控制较简单等，能以一定的速度平稳地期使用后可能存在腐蚀或机械损伤，会引起裂缝运动，辅之以适当结构，可在弯管中行走。轮上等，而裂缝对微细管道是致命的缺陷，可能造成的弹簧伸缩结构，使其能够有效地适应管道直径严重事故。

5、又微细管道所处的环境往往是人们不的微小变化。因其具有一定的带载能力，且易于易直接到达或不允许人们直接进入的，且存在中与传感器集成，故在机器人本体上搭载了智能传毒、辐射等危险，检修难度大。因此，小型管道机感器检测装置。螺旋轮式小型管道机器人控制系器人在细小管道检测方面具有良好的应用前景n】，统，结合单片机技术和计算机技术，实时监测和其能够在不破坏管道的基础上实现对管道的探测，控制管道机器人的动作，可实现动作状态的存储并通过有线或无线的方式将探测结果输送出来。或打印。近几年，国内外都对微小型管道机器人做了大量的研究工作，提出以

6、仿生蠕动、惯性冲击、1螺旋轮式管道机器人的运动结构爬行、轮式驱动及螺旋推进等方式行动的微机设计器人，并在样机试制方面取得了重大突破。关于管道机器人在能源供给设备的驱动下，作为国内外的微小型管道机器人的典型研究，日本检测装置的载体，欲在微小管道内平稳、可靠地DENSO公司、日本东京大学、日本东芝公司和上行走、启停，必须满足三个基本条件：形封闭和收稳日期：2014-04-01基金项目：上海应用技术学院大学生科技创新项目(PE2014100)作者简介：刘彩霞(1978一)，女，山东潍坊人，讲师，硕士，研究方向为过程设备的控制及无

7、损检测。第36卷第8期2014-08(上)【45】学兔兔www.xuetutu.comI造訇化力封闭，行走机构具有主动驱使机构。管道直径为60mm的螺旋轮式小型管道机器人，其运动机构由螺旋驱动机构、万向节、直流电机和保持机构组成，如图1所示。机器人的螺旋驱动机构上3对驱动轮对称轴线分布，每组由前后两个驱动轮组成，并与管壁呈一定的螺旋升角13，即与轴线不垂直。当直流电机通电时，通过万向节驱动三对驱动轮沿管壁做螺旋运动。驱动结构和保持机构产生沿管道切线方向的摩擦力，通过弹簧压紧管壁，防止保持机构转动，同时适应一定管径变化，通过

8、万向节，将螺旋驱动轮的螺旋运动转化图2螺旋轮式小型管道机器人系统的总体结构成保持机构的直线运动。保持机构不能转动，只心，负责完成传感器的数据采集、自动控制，以能沿着轴线方向运动。改变直流电机的转动方向及与上位机的通讯，无线蓝牙模块实现数据的采可以实现机器人行进方向改变。集与无线传输。运算放大器将来自DS