管道爬行机器人

本项目为类似螃蟹的机器人，说到螃蟹理所当然就联想到“横行”加“霸道”，确实比起之前的仿生类机器人，当前机器人的体型更大、动作更快、结构也更复杂。同时为了确保足够的动力以突显其气势，当前项目也只是推出采用微型锂电池作为电源的微能版。

一、基本原理 1.1、运动方式 1.2、驱动机理 1.3、电路原理 二、准备工作 三、制作过程 3.1、机械结构

3.1.1、外壳 3.1.2、传动 3.1.3、腿部 3.1.4、集成 3.1.5、定型 3.2、电路系统 3.2.1、动力 3.2.2、电源 3.2.3、总装 3.3、完善调试 四、效果展示 五、项目总结 一、基本原理

本项目还是利用连杆结构把减速电机的转动转换为往复的摆动以实现爬行运动，不过为了让运动的效果更为自然和流畅，在具体的机械结构设计上就更复杂一些。从仿生爬行运动的步态控制来说，本项目机器人与前面的PVCBOT-15号六足机械昆虫比较类似，但是从连杆结构的传动方式来说，本项目机器人又与PVCBOT-19号漫舞者机器人更为接近。

1、运动方式

本项目机器人采用的是六足爬行方式驱动，这一点

本科毕业设计（论文）通过答辩

油管内壁爬行机器人的设计

１

本科毕业设计（论文）通过答辩

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

本科毕业设计（论文）通过答辩

油管内壁爬行机器人的设计

１

本科毕业设计（论文）通过答辩

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

六足爬行机器人控制系统设计

目 录

摘 要 .................................................................................................................................. I ABSTRACT ............................................................................................................................ II 1 绪论 ................................................................................................................................. 1 1.1 课题研究的背景及意义 ..................................................................................

目 录

1 引言

1.1 智能爬行搜救机器人机器人研究目的和意义......................................................1 1.2

智能爬行搜救机器人研究概况及发展趋势..........................................................1

2 机械结构与芯片简介

设计内容 主要结论 第一章 概述 1. 1 机器人概述 机器人----这一词最早使用始于1920年至1930年期间在捷克作家凯勒尔* 凯佩克（Karel capek）的名为\罗莎姆的万能机器人\的幻想剧中，一些小的人造的和拟人的傀儡绝对地服从其主人的命令。这些傀儡被称为“机器人”。该单词起源于捷克语“robota”。意思是“强制的劳动”。 机器人的组成与人类相似。举例说，人搬运某一物体的运动过程可用图（a）所示的方块图来说明。首先，人听到外部的命令或用眼睛看到外部的指令，并由眼睛测量出距离。感受到这两种信息经过感觉神经送到大脑中，大脑经过分析计算，然后通过运动神经发出指令，手臂用最好的方式伸向物体，并将物体抓住，手上的感觉神经，感觉物体已经抓牢了，把信息传给大脑。大脑命令手抓起物体，同时指令脚移动到所要求到达的地点，最后放下物体。一般包括以下几个部分见图（b）：

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管道检测机器人

在城市污水、天然气输送、工业物料运输、给排水和建筑物通风系统等领域里，管道作为一种有效的物料输送手段而广泛应用。为提高管道的寿命、防止泄漏等事故的发生，就必须对管道进行有效的检测维护等，而目前管道检测和维护多采用管道机器人来进行[1]。所谓管道机器人就是一种可沿管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器件如位置和姿态传感器、超声传感器、涡流传感器等以及操作机械如管道裂纹与管道接口焊接装置、防腐喷涂装置、操作手、喷枪、刷子等，在工作人员的遥控操纵或计算机控制下可在极其恶劣的环境中，能够完成一系列管道检测维修作业的机电一体化系统。管道机器人可完成的管道作业有：生产、施工过程中的管道内外质量检测；管道内部清扫、抛光、焊接、喷涂等维护；对接焊缝的探伤、补口作业；旧管道腐蚀程度、破损情况检测和泄漏预报等等[2 3]。 1 管道机器人的发展状况

1.1 管道机器人的理论研究发展状况

管道机器人的研究所涉及的面很广，随着70年代电子技术、计算机技术、自动化技术的发展和进步，国外的管道机器人技术自90年代初以来得到了迅猛发展并接近于应用水平。1987年日本学者T.Morimitsu 等人成功研制了一种振动式管内移动机器人。1999年西班牙

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根据管道机器人的不同驱动模式，大致可以分为八种。

第一种是流动式机器人，这类机器人没有驱动装置，只是随着管内流体流动，

属于不需要消耗能源的被动型机器人，但是其运动模式相当有限。

第二种是轮式机器人，这一类机器人广泛运用于管道检查工作，目前许多的商业机器人就是这一类型。

第三种是履带式机器人，即用履带代替轮子。

第四种是腹壁式机器人，这类机器人通过可以伸张的机械臂紧贴管道内壁，推动机器人前进。

第五种是行走式机器人，这类机器人通过机械足运动，但是这类机器人需要大量驱动器，并且难以控制。

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第六种是蠕动式机器人，这类机器人像蚯蚓一样通过身体的伸缩前进。 第七种是螺旋驱动式，即驱动机构做旋转运动，螺旋前进。 第八种是蛇型机器人，这类机器人有许多关节，像蛇一样前行。

可完成的管道作业有:人生产、安装过程中的管内外质量检测。B:使用过程

中焊缝情况、表面腐蚀、裂缝破损等故障诊断。C:恶劣环境下管道清扫、喷涂、焊接、内部抛光等维护。D:对埋地旧管道的修复。E:管道内外器材运送、抢救等其它用途。

管道机器人适用的最小管径为150mm，最大可达2000mm,功能样式皆可定制。精湛的技术，优

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根据管道机器人的不同驱动模式，大致可以分为八种。

第一种是流动式机器人，这类机器人没有驱动装置，只是随着管内流体流动，

属于不需要消耗能源的被动型机器人，但是其运动模式相当有限。

第二种是轮式机器人，这一类机器人广泛运用于管道检查工作，目前许多的商业机器人就是这一类型。

第三种是履带式机器人，即用履带代替轮子。

第四种是腹壁式机器人，这类机器人通过可以伸张的机械臂紧贴管道内壁，推动机器人前进。

第五种是行走式机器人，这类机器人通过机械足运动，但是这类机器人需要大量驱动器，并且难以控制。

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第六种是蠕动式机器人，这类机器人像蚯蚓一样通过身体的伸缩前进。 第七种是螺旋驱动式，即驱动机构做旋转运动，螺旋前进。 第八种是蛇型机器人，这类机器人有许多关节，像蛇一样前行。

可完成的管道作业有:人生产、安装过程中的管内外质量检测。B:使用过程

中焊缝情况、表面腐蚀、裂缝破损等故障诊断。C:恶劣环境下管道清扫、喷涂、焊接、内部抛光等维护。D:对埋地旧管道的修复。E:管道内外器材运送、抢救等其它用途。

管道机器人适用的最小管径为150mm，最大可达2000mm,功能样式皆可定制。精湛的技术，优

文档介绍了机器人三原则以及机器人定义,更重要的展示人员机器人对应关系,方便我们直观认识到机器人相关知识。

机器人常识

机器人的定义

机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器

机器人构成 机器人的能量 人需要从吃的食物中吸收能量，而机器人却只吃“电能”。因此，一般的机器人都是使用可充电电池。 机器人的大脑 机器人和人一样需要有大脑来控制机器人的动作。就像电脑中的CPU一机器人三原则

1. 机器人不应伤害人类；

2. 机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；

3. 机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。

样，在机器人身上也有它自己的CPU，在这里我们称为微控制器。 别看芯片小，它可是在机器人中控制所有动作的关键。它收集周围环境的信息，并根据收集到的环境情况向执行机构发出命令，驱动机器人完成各种功能。 机器人的身体结构 我们要让机器人平稳地行走，还要设计它的身体结构，也就是机械结构。生活中有很多机器都有很巧妙的机械结构，比如脚一踩，自行车轮子就能

转起来；又如飞机正是模仿了鸟的流线形的身体结构，才能以庞大的身躯在天上飞而不掉下