油管内壁爬行机器人的设计-机电一体化

目录

前言 １

1 方案的结构选择 ２

1．1 总体选择 ２

1．2 前进方案的选择 ３

1．3 卡紧方案的选择 ３

1．4 旋转方案的选择 ６

1．5 调节方案的选择 ６

1．6 结构方案改进 ８

2 主要部件的计算选择 ９

2．1 步进电机的选择 ９

2．2 推拉式电磁铁的选择 １１

3 关键件的校核 １３

3．1 丝杠的校核 １３

3．2 轴承的校核 １３

3．3 键的校核 １３

4 驱动系统设计 １４

5 机器人工作过程 １６

6 控制系统的设计 １７

6．1 电磁铁及步进电机的控制 １７

6．2 控制系统的硬件设计 １７

6．2．1 总体设计 １７

6．2．2 程序存储器的扩展 １９

6．2．3 数据存储器的扩展 ２０

6．2．4 输入\输出口的扩展 ２０

6．2．5 抗干扰的设计 ２２

7 结论 ２４

参考文献 ２５

前言 

随着现代科学技术的发展，管道运输作为一种高效、安全、可靠的手段应用日益广泛，城市中的地下排水系统、取暖系统、煤气系统、自来水系统等都应用了各种管道；另外，在现代工农业、石油、化学、核工业等领域也大量使用了管道。经过长期使用，它们会出现裂纹、腐蚀、堵塞等故障。有的管道中输送的是剧毒或放射性介质，若这些管道产生裂纹、漏孔会造成介质泄漏，引起事故甚至发生灾难。为了防患于未然，必须对这些管道进行定期检测和维修。但是它们有的埋在地下，甚至埋在海底，有的口径很小，人无法进入。挖出管道进行检测、维修既不经济又不现实，由此可见，管道机器人有着广阔的市场。

我国早在1987年就开展了管内机器人的研究，并试制了几种模型，但总体水平较国外差。管内机器人研究是机电一体化的高科技研究项目。在石油、化工、核工业、给排水等许多管道工程中，都需要进行管内检测、喷涂及加工等工作，管内机器人在完成这些工作中会发挥重要作用，因此，开发研究管内机器人意义很大[1]。

本次题目的内容就是设计一种可在油管内壁爬行，并且搭载工作体的部分可协助工作体完成相应作业的机器人。采用机械结构和电气控制来达到设计目的。要实现的理想过程是：人对主机输入一个控制信号，可以通过单片机对电机、电磁铁进行电气控制，从而使机器人能够按照所搭载工作体的要求进行移动，并在工作体的工作位置做出相应的辅助动作。机器人在行进过程中可在任意位置停止前进，并可以在该位置开始作业，工作体可在步进电机驱动下完成小于360度的任意角度的旋转。