论文总字数：12483字

摘 要

在许多传统工业和日常生活中，管道都是不可缺少的运输工具，覆盖范围包括石油、天然气、化工和城市地下垃圾运输等。但管道在过度使用后，往往会导致垃圾堆积以及管道壁变薄等现象，在石油或者核工业这些有较高危险的行业，这样的管道的隐患会导致不可估量的危害。

所以本文设计了一种新型管道探测机器人（5kg负载），以期望能够解决现阶段频繁出现的人工清洁和探测管道现象，降低管道事故的风险。本文采取四步走，一是设计机器人结构，二是设计控制系统，三是完成虚拟实验演示。

关键词：管道机器人；控制系统；结构设计；虚拟仿真

Design and control of pipeline detection robot (5kg load)

Abstract

In many traditional industries and daily life, pipelines are indispensable means of transportation, covering oil, natural gas, chemicals, and urban underground garbage transportation. However, after excessive use of pipelines, it will often lead to the accumulation of garbage and the thinning of the pipeline walls. In the industries with higher risks such as the petroleum or nuclear industry, the hidden dangers of such pipelines will cause incalculable harm.

   Therefore, this paper designs a new type of pipeline detection robot (5kg load), in order to solve the phenomenon of frequent manual cleaning and pipeline detection at this stage, and reduce the risk of pipeline accidents。 This article takes four steps, one is to select the motor, the other is to design the robot structure, the third is to design the control system, and the fourth is to complete the virtual experiment demonstration.

Key word：Pipeline detection robot；Control System；Structural design；virtual reality

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章绪论 1

1.1管道探测技术现状 1

1.2国内外管道探测机器人的发展现状 2

第二章 管道探测机器人设计 4

2.1管道探测机器人总体方案的组成 4

2.2管道机器人各部分对比选型 5

2.2.1主机身的设计和构造 5

2.2.2 机腿伸缩的机械设计 6

2.2.3进给丝杠和螺母的设计 7

2.2.4丝杠和螺母部分校核 7

2.2.5联轴器的选型 9

2.2.6新型吊篮和吊环的设计 10

2.2.7机腿的设计 12

2.2.8机器轮的设计 13

第三章管道探测机器人电机控制系统设计 14

3.1管道探测机器人电机选型 14

3.1.1 管道探测机器人主电机选型 14

3.1.2管道探测机器人机器轮电机选型 16

3.2 管道探测机器人电源的选取 17

3.3管道探测机器人控制系统的设计 17

3.3.1调速系统 17

3.3.2电机系统设计 19

3.3.3管道探测机器人照明系统的电路控制 20

3.3.4管道探测机器人里程式系统的控制设计 20

3.3.5总控制电路图 23

第四章基于ADAMS的仿真和经济性分析 24

4.1三维建模 24

4.2仿真模拟 25

4.3仿真结果 28

4.4设计经济性和可持续发展效益分析 28

结论 29

致谢 30

参考文献 31

第一章绪论

现如今，管道技术的使用越来越广泛，管道探测技术也随之变得愈发成熟。因为管道破裂、垃圾堆积等情况的发生，管道探测不得不采用更加先进的技术，由此管道探测机器人得到了迅速的发展。本章主要是对管道探测技术的现状以及国内外对管道机器人的研究现状进行背景分析。

1.1管道探测技术现状

管道普遍被用于石油天然气、核工业、城市污水运输等工业和生活领域。在给工业和生活带来便利的同时，因为运输物质，管道材料使用或者人为乱往管道堆积垃圾等问题，管道常常会产生管道壁的变薄和产生裂孔等情况，导致出现运输的石油、天然气、城市污水不同程度的泄露。^[1]所以管道检测技术是一项防患于未然的技术，它能在管道出现管道壁变薄或裂孔等情况之前，提醒管道建设者应该对管道的某个方面进行修补，从而可以避免发生重大事故，要知道油气以及核材料如果泄露，对周边生态环境以及人们的健康安全会造成巨大危害，甚至于引发一场大规模的灾难。

之前的管道检测技术薄弱，管道检测大部分都通过人工下大型管道，而小型一点的管道一般都采用外部检测的方法。利用人工开掘管道来进行检测，耗费人力和财力都巨大，而且因为运输材料大多还有有害物质，对下管道检测人员的身体危害也不可估量。人工探测的副作用太多，于是被慢慢摒弃，在这之后，随着机器人的发展，深入管道进行探测的工具慢慢变成了笨重，不好控制的带有四个轮子的移动小车负载摄像头进行管道探测，小车机器人的缺点在于机器笨重，检测时间需要很长，而且只能进行水平方向管道的检测，没法对垂直以及有弯曲部分的管道进行检测。

现阶段国外较有名的检测公司有美国的Tuboscopc GE PII、英国的British Gas、德国的Pipetronix、加拿大的Corrpro，检测种类丰富，手段也比较先进。^[2]

我国的管道检测发展的进度较发达国家来说较为缓慢，因为国内很多石油管道都是有一定年限的老管道，再加上因为地理原因，西气东输，南水北调，管道大都弯弯折折，国外的管道检测技术针对性并不强。再加上看到因为管道泄漏发生的事故危害极其严重，所以笔者想要设计一种先进、方便且工作效率高，适用广泛的管道探测机器人，代替人工检测、管道外检测、小车检测等较为落后的检测方式，省时省力，为工业和生活做出贡献，防患于未然，减少管道问题而带来的事故危害。

1.2国内外管道探测机器人的发展现状

管道探测机器人的发展以日本最为领先，其他发达国家，例如美国、加拿大、德国等也卓有成效，先后发明创造出适合各个探测方向的管道探测机器人。 管道机器人有很多不同种类，按照图示，大致可以分为车轮式机器人、爬行式机器人、蠕动式机器人、履带式机器人、脚式机器人等。^[3]

请支付后下载全文，论文总字数：12483字