管道检测机器人的设计与开发
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２ ２ 检 测 系 统 ．
器、 数据 采集 及 传 输 系统 、 号 采集 系统 、 换 装 信 转 置 和检 测装 置组 成 。管道 检测 机器 人利 用移 动 载 体携 带 红外传 感 器 、 声波 传感 器 、 超 磁探 头 和信 号 传输 装 置在管 道 内行 走 ， 管 内情 况 进 行 检 测并 对 将 检测 到 的 数 据 和 图像 通 过 无 线 传 输 系 统 传 到 Ｐ Ｃ机上 ， Ｐ 由 Ｃ机 处 理 后 模 拟 出 管 内情 况 。 管 道 检测 机器 人 总体技 术路 线框 图如 图 ２所示 。
采 集 和 传 输 系统 的设 计 。
关 键 词 管道 检 测机 器 人
移 动 栽 体 总体 技 术路 线
数 据 采 集 与传 输
中 图分 类 号
Ｔ ８５ Ｈ ６
文献 标 识 码 Ｂ
文 章 编 号 １０ — ３ （０ ２ ０ －３ ３０ ００３ ２ ２ １ ）３０２ － ９ ３
管 道在 役 和在线 探查 成 为无损 检测 技 术应 用发 展
ｅ 软件 开发 工具 和资 源丰 富 ， 于 开发 和算 ． 便
法 的实 现 ；
ｆ 为了避免信号失真 ， 保数据传输质量 ， ． 确 在实 际工 作 中对信 号采 用无 线传 输 。
２ 管 道检 测机 器人 的设 计
控制 系统 、 管道 机 器人 系统 、 传输 系统 是 检测 系统 的三 大重 要组 成部 分 。检测 系统 具体 由传 感
ｌ 趔 Ｊ波传感器 Ｈ 倍 采集 Ｌ路 Ｈ 编舻存储电路 ｈ ｕ ｝
ｆ
Ｉ 数据采集电路 Ｉ 片
』
ｌ 磁探头 Ｈ 信号采集 电路 Ｈ 编码存储电路
道机 器人 驱 动 单元 有 较 大 的负 载 能 力 、 匀 的速 均 度 和较 强 的管 道 环境 适 应 能 力 ， 过 对 目前 管 道 通 机器 人结 构 特 点 进行 分 析 比较 ， 计 了一 种 具 有 设 管道 自适 应 能 力 、 节 单 电 机 驱动 的螺 旋 推 进 式 单 管道 机 器人 驱动 系统 ， 三维模 型 如 图 １ 示 。 其 所
测、 诊断 、 理和 维护 ， 以避 免 巨大 的人力 、 力 清 可 物 及 财力 的浪 费 。笔者 研究 了管 道检 测 机器人 工 作 原 理和 检测 系 统设 计 方 法 ， 开发 管道 检 测 机 器 为 人技 术 打下 一定 的基 础 。 １ 管道检 测机 器 人 系统总体 概 述
化检 测设 备 ， 管 道 检 测 机器 人 应 满 足 以下 几 个 该
条件 ：
ａ ．能 够使 检测 方便 、 观 、 直 高效 ；
ｂ ．在 满足 工作 要求 的前 提 下 ， 器 人 的成本 机 经 济适 用 、 驱动 方 式应 容易 实现 ；
ｃ 在设计 过 程 中必须 对移 动 载体 、 ． 数据 采 集 及 传输 系 统和信 号 传输 系统 进行 详 细 的研究 和 模 拟， 以便 适 应不 同 的工作 环 境 ； ｄ ．硬件 技术 成熟 ， 系统搭 建 简单 ， 靠性 高 ； 可
并 通 过蜗 轮蜗 杆输 出动 力 。为 了使 机械 自适 应 管
的重要 方 向之 一 ， 是 由于 管 道所 处 的工 作 环 境 但 常 常是人 力 所不 能及 ， 修非 常 困难 ， 检 目前 对重 要 和 不允许 泄 漏 的 管 道 采 用 定 期 和 提 前 报 废 的方 法 。假如 采 用管 道检 测机 器 人对 管道 进行定 期 检
冶金 、 油化 工 及 城 市水 暖供 应 管 道 系统 的 石 工 作环 境 十分恶 劣 ， 长久 使用 后易 出现 腐蚀 、 劳 疲 破 坏最终 引 发泄漏 事 故 。对管 道 系统 实行定 期 检 测 、 断 、 理和 维护 越来 越受 到人 们 的重 视 。无 诊 清 损 检测 已成 为 管 道检 测 的一 项 重 要 技 术 ， 其 是 尤
管 道检 测机 器人 系统 主 要 由移 动 载 体 （ 道 管
机 器人 ） 传 感器 、 号 传 输 、 动 、 、 信 驱 数据 采 集 传 输 及 管 内环 境 识别 装 置 等组 成 ， 中传 感 器 和 信 号 其 传输 装置 是核 心部 分 。该 机器 人在 操作 人员 的程
序控 制下 对 管道进 行 一系列 的检测 和诊 断 。笔 者 设计 与研 发 的机器 人 是一 种较 为理 想 的管道 自动
收稿 日期 ：０ １ ９ ０ ２ １ － －８ ０
图 １ 自适 应 管径 管道机 器人 示意 图
３４ ２
化
工wenku.baidu.com
自 动 化
及
仪
表
第 ３ ９卷
通 过 对弹 簧 的预 紧计 算 校 核 ， 以得 到符 合 可 要 求 的支 撑用 弹簧 ， 对驱 动体 、 并 行走 机构 和 工作
端 采 用周 向排 布 ， 机 器 人 能 在 管 道 中 有较 好 的 使 附着力 及运 动 稳定性 。
第 ３期
张 艳 玲 等． 道 检 测 机 器 人 的 设 计 与 开 发 管
３３ ２
管 道 检 测 机 器 人 的设 计 与 开 发
张艳玲 何 庆 中 王 志 鹏 顾 文 武
（ 川 理工 学 院 机 械 工 程 学 院 ， 川 自贡 ６３ ０ ） 四 四 ４ ０ ０
摘 要 设 计 了针 对 管 径 为 ２ ０～ ５ ｍ 的 管 道 检 测机 器人 ， 中 包括 移 动 栽 体 、 体 技 术 路 线 、 据 ０ ２０ ｍ 其 总 数
２ １ 移 动载体 ．
管 道机器 人 作 为 检测 系 统 的 载体 ， 工 作 附 是 件 的运 载工具 ， 动 电机 、 制 系 统 、 测 模 块 都 驱 控 检 安装 在 其 上 ， 为保 证 其 重 量 轻 ， 用 了 铝 合 金 材 采 料 。机 器人 动力 系统 采 用 直 流 自减 速 电 机 驱 动 ，
器、 数据 采集 及 传 输 系统 、 号 采集 系统 、 换 装 信 转 置 和检 测装 置组 成 。管道 检测 机器 人利 用移 动 载 体携 带 红外传 感 器 、 声波 传感 器 、 超 磁探 头 和信 号 传输 装 置在管 道 内行 走 ， 管 内情 况 进 行 检 测并 对 将 检测 到 的 数 据 和 图像 通 过 无 线 传 输 系 统 传 到 Ｐ Ｃ机上 ， Ｐ 由 Ｃ机 处 理 后 模 拟 出 管 内情 况 。 管 道 检测 机器 人 总体技 术路 线框 图如 图 ２所示 。
采 集 和 传 输 系统 的设 计 。
关 键 词 管道 检 测机 器 人
移 动 栽 体 总体 技 术路 线
数 据 采 集 与传 输
中 图分 类 号
Ｔ ８５ Ｈ ６
文献 标 识 码 Ｂ
文 章 编 号 １０ — ３ （０ ２ ０ －３ ３０ ００３ ２ ２ １ ）３０２ － ９ ３
管 道在 役 和在线 探查 成 为无损 检测 技 术应 用发 展
ｅ 软件 开发 工具 和资 源丰 富 ， 于 开发 和算 ． 便
法 的实 现 ；
ｆ 为了避免信号失真 ， 保数据传输质量 ， ． 确 在实 际工 作 中对信 号采 用无 线传 输 。
２ 管 道检 测机 器人 的设 计
控制 系统 、 管道 机 器人 系统 、 传输 系统 是 检测 系统 的三 大重 要组 成部 分 。检测 系统 具体 由传 感
ｌ 趔 Ｊ波传感器 Ｈ 倍 采集 Ｌ路 Ｈ 编舻存储电路 ｈ ｕ ｝
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Ｉ 数据采集电路 Ｉ 片
』
ｌ 磁探头 Ｈ 信号采集 电路 Ｈ 编码存储电路
道机 器人 驱 动 单元 有 较 大 的负 载 能 力 、 匀 的速 均 度 和较 强 的管 道 环境 适 应 能 力 ， 过 对 目前 管 道 通 机器 人结 构 特 点 进行 分 析 比较 ， 计 了一 种 具 有 设 管道 自适 应 能 力 、 节 单 电 机 驱动 的螺 旋 推 进 式 单 管道 机 器人 驱动 系统 ， 三维模 型 如 图 １ 示 。 其 所
测、 诊断 、 理和 维护 ， 以避 免 巨大 的人力 、 力 清 可 物 及 财力 的浪 费 。笔者 研究 了管 道检 测 机器人 工 作 原 理和 检测 系 统设 计 方 法 ， 开发 管道 检 测 机 器 为 人技 术 打下 一定 的基 础 。 １ 管道检 测机 器 人 系统总体 概 述
化检 测设 备 ， 管 道 检 测 机器 人 应 满 足 以下 几 个 该
条件 ：
ａ ．能 够使 检测 方便 、 观 、 直 高效 ；
ｂ ．在 满足 工作 要求 的前 提 下 ， 器 人 的成本 机 经 济适 用 、 驱动 方 式应 容易 实现 ；
ｃ 在设计 过 程 中必须 对移 动 载体 、 ． 数据 采 集 及 传输 系 统和信 号 传输 系统 进行 详 细 的研究 和 模 拟， 以便 适 应不 同 的工作 环 境 ； ｄ ．硬件 技术 成熟 ， 系统搭 建 简单 ， 靠性 高 ； 可
并 通 过蜗 轮蜗 杆输 出动 力 。为 了使 机械 自适 应 管
的重要 方 向之 一 ， 是 由于 管 道所 处 的工 作 环 境 但 常 常是人 力 所不 能及 ， 修非 常 困难 ， 检 目前 对重 要 和 不允许 泄 漏 的 管 道 采 用 定 期 和 提 前 报 废 的方 法 。假如 采 用管 道检 测机 器 人对 管道 进行定 期 检
冶金 、 油化 工 及 城 市水 暖供 应 管 道 系统 的 石 工 作环 境 十分恶 劣 ， 长久 使用 后易 出现 腐蚀 、 劳 疲 破 坏最终 引 发泄漏 事 故 。对管 道 系统 实行定 期 检 测 、 断 、 理和 维护 越来 越受 到人 们 的重 视 。无 诊 清 损 检测 已成 为 管 道检 测 的一 项 重 要 技 术 ， 其 是 尤
管 道检 测机 器人 系统 主 要 由移 动 载 体 （ 道 管
机 器人 ） 传 感器 、 号 传 输 、 动 、 、 信 驱 数据 采 集 传 输 及 管 内环 境 识别 装 置 等组 成 ， 中传 感 器 和 信 号 其 传输 装置 是核 心部 分 。该 机器 人在 操作 人员 的程
序控 制下 对 管道进 行 一系列 的检测 和诊 断 。笔 者 设计 与研 发 的机器 人 是一 种较 为理 想 的管道 自动
收稿 日期 ：０ １ ９ ０ ２ １ － －８ ０
图 １ 自适 应 管径 管道机 器人 示意 图
３４ ２
化
工wenku.baidu.com
自 动 化
及
仪
表
第 ３ ９卷
通 过 对弹 簧 的预 紧计 算 校 核 ， 以得 到符 合 可 要 求 的支 撑用 弹簧 ， 对驱 动体 、 并 行走 机构 和 工作
端 采 用周 向排 布 ， 机 器 人 能 在 管 道 中 有较 好 的 使 附着力 及运 动 稳定性 。
第 ３期
张 艳 玲 等． 道 检 测 机 器 人 的 设 计 与 开 发 管
３３ ２
管 道 检 测 机 器 人 的设 计 与 开 发
张艳玲 何 庆 中 王 志 鹏 顾 文 武
（ 川 理工 学 院 机 械 工 程 学 院 ， 川 自贡 ６３ ０ ） 四 四 ４ ０ ０
摘 要 设 计 了针 对 管 径 为 ２ ０～ ５ ｍ 的 管 道 检 测机 器人 ， 中 包括 移 动 栽 体 、 体 技 术 路 线 、 据 ０ ２０ ｍ 其 总 数
２ １ 移 动载体 ．
管 道机器 人 作 为 检测 系 统 的 载体 ， 工 作 附 是 件 的运 载工具 ， 动 电机 、 制 系 统 、 测 模 块 都 驱 控 检 安装 在 其 上 ， 为保 证 其 重 量 轻 ， 用 了 铝 合 金 材 采 料 。机 器人 动力 系统 采 用 直 流 自减 速 电 机 驱 动 ，