具有管内壁全景检测和管径自适应性的管道机器人的研究

作     者：唐正 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马书根;梁爽

授予年度：2022年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0804[工学-仪器科学与技术] 082003[工学-油气储运工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：全景检测 自适应性 机器人 软硬件平台 控制系统 

摘      要：管道作为运输物料的重要方式之一,应用在工业工程,比如对于石油天然气的运输。为了能够高效作业,设计环境适应性强,可适应管径范围大,并能稳定检测和全面检测的管道机器人是我们研究的方向。本文针对具有管内壁全景检测和管径自适应性的管道机器人,结合工业环境和管道检测环境,根据自适应性和全面检测的研发功能需求,采取模块化设计理念进行管道机器人的设计,包括各部分机构和控制系统。在机械设计的基础上,对各部分机构电机进行力学分析,并选择电机型号。对控制系统进行设计,分析控制原理,重点设计了控制系统的硬件,包括主控制器、传感器、电机及其驱动器和电源系统。其次,对主从站和各模块的通信机制做了详细介绍,在此基础上,开展了应用层的软件研究,包括传感器模块和驱动模块的软件控制。机器人的通用化与模块化要求、组成子模块的软件与硬件接口等标准化要求是在管道内稳定可靠运行的基础。在软硬件平台的基础上开展了对机器人的实验,包括各子模块的功能测试和机器人整体的功能测试,验证机器人的可行性和稳定性。试验结果表明,机器人各子模块功能稳定、性能良好,通信信号传输稳定,整体功能实现达到标准。最后进行研发总结,针对在研发过程中遇到的问题提出了后期研发建议,并对这款具有管内壁全景检测和管径自适应性的管道机器人的研发工作进行展望。