毕业设计-管道检测机器人
管道检测机器人的设计和系统分析
Electronic Technology •电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 121【关键词】管道检测机器人 图像采集系统 控制系统设计 电力供给系统随着国家经济的飞速发展，管道使用范围不断扩大，对管道质量的要求也随之提高，但是在长期使用的过程中，管道必然会出现裂纹、漏孔等故障，因此必须要定期对管道进行排查和养护。
但是因为一部分管道内部可能含有有毒气体，如果采用人工的方式展开养护检测工作，会给工作人员造成身体上的伤害。
因此，采用管道检测机器人来代替人工，但是，很多管道检测机器人的设计和系统还需要得到完善。
1 管道检测机器人系统概述管道检测机器人系统应用在管道内部检查工作中，可以帮助工作人员更好的检查管道内表面的质量，及时开展相应的修补工作，而且机器人可以代替工作人员进入一些环境恶劣、管径较小、含有毒气的管道。
一般情况下，管道检测机器人有以下几个方面组成，分别为：机器人机械本体、图像采集、地面监控、电力供给这四个部分。
其中机器人机械本体主要承担着支撑机器人行走的工作，同时作为系统云台辅助图像采集、地面监控、电力供给完成工作任务。
图像采集系统中除了摄像设备之外，还需要安装光源、传感器、扫描设备等零部件，以此保证图像采集任务圆满完成。
而地面监控系统是由计算机组成，针对机器人在管道内的运行情况进行监控，并且对图像采集系统传过来的图片进行处理分析，具体判断管道内的实际情况，明确出现缺陷的位置、缺陷的危害程度以及缺陷等级等的信息，还要根据上述信息，借助计算机技术给出最优方案。
除了上述几个方面之外，电力供给支撑着管道机器人运行，作为能量来源，是保证上述系统正常工作的基础。
在实际工作中，工作人员通过计算机发出指令，让管道机器人进入管道并且在规定速度下在管道内运行，通过安装在管道机器人机械本体上图像传感器和图像采集系统，将管道内管道检测机器人的设计和系统分析文/吴忠海的实际情况传递给监控系统，让工作人员及时的了解到管道内部状态，同时，还会传递管道内的环境参数和机器人自身状态，让工作人员可以更加精准的操纵管道机器人，完成管道信息采集工作。
毕业设计-管道检测作业机器人(总体设计)
机电工程学院中南大学本科生毕业论文（设计）题目管道检测作业机器人总体设计学生姓名XXXX指导教师XXXX学院机电工程学院专业班级机电XXX班完成时间2010年6月8日中南大学毕业论文（设计）任务书毕业论文（设计）题目管道检测作业机器人总体设计题目类型]1[工程设计题目来源[1]___教师科研题毕业论文（设计）时间从2010年3 月1 日至2010年6 月8 日毕业论文（设计）内容要求：（1）技术指标：（a）自适应管道直径为270-300mm，驱动力＞800N；（b）在管道内的移动速度大于10cm/s；（c）能通过曲率半径600mm，总长为10m的倒U型管道；（4）能够搭载微型CCD和无损检测传感器对管道内的裂纹和腐蚀缺陷等进行检测与修补作业。
（2）完成总体方案设计、总体布局和结构确定，行走机构原理设计、控制电机选型等。
（3）要求具有电缆控制和遥控两种功能。
完成传感检测原理与检测作业功能装置设计与控制系统方案。
1.具体完成下列设计工作：（1）查阅文献和实习，了解国内外管道检测作业机器人的现状和发展趋势，并翻译相关资料一篇；（2）按要求完成管道检测作业机器人功能设计与总体方案设计；（3）完成管道检测作业机器人总体布局、结构设计计算与行走方式确定；（4）完成传感检测系统方案、传感器选型与检测功能布置设计；（5）整理相关资料，撰写设计说明书。
要求设计图纸不少于4张1#图，设计说明书不少于50 页。
[1]题目类型：(1)理论研究(2)实验研究(3)工程设计(4)工程技术研究(5)软件开发[2]题目来源：(1)教师科研题(2)生产实际题(3)其它2.主要参考资料1)成大先主编.机械设计手册.北京：化学工业出版社，20022)刘政华，何将三.机械电子学.长沙：国防科技大学出版社，1999.103)杨培元,朱福元主编. 液压系统设计简明手册. 北京：机械工业出版社，19944)《电气工程师手册》第二版编辑委员会编. 电气工程师手册. 北京：机械工业出版社，20005)沈红卫编著. 单片机应用系统设计实例与分析. 北京：北京航空航天大学出版社，20036)黄菊生编著. 单片机原理与接口技术. 北京：国防工业出版社，20073.毕业论文（设计）进度安排指导教师（签名）____________ 时间：__________________系(所)主任(签名) ____________ 时间：_________________主管院长（签名）______________ 时间：__________________中南大学毕业论文（设计）成绩评定表（一）指导教师评语XXX同学在毕业设计过程中，态度较积极主动，工作较扎实认真，较好地完成了毕业设计任务书规定的工作任务——管道检测机器人总体设计。
【论文】管道检测机器人结构设计及运动仿真
摘 要管道检测机器人主要包括三大系统：机械系统、控制系统和检测系统。
本文在分析了机器人总体机械结构和检测原理的基础上，通过精确的力学计算和细致的结构分析，利用AutoCAD软件对机器人的机械部分，包括整体结构、电机、齿轮、轴等进行了选择与设计，并对设计方案进行分析与计算。
然后利用Solid Edge软件将管道检测机器人的总体机械结构绘制成三维立体模型。
所设计的机器人机械系统，可通过履带式移动机构满足城市排水管道的工况，并通过加装支撑臂进行30度的爬坡。
通过细致研究，确定了机器人所使用的摄像系统和超声波检测系统。
关键词：排水管道，履带式机器人，超声波无损检测AbstractA pipeline inspection robot mainly consists of three parts, the mechanical system, the control system and the detecting system. This paper, based on the analysis of overall mechanical structure and detecting principle of the robot, by accurate mechanical calculation together with comprehensive structure analysis, the author has worked out a unique design for overall structure in AutoCAD software, motor, gears as well as axles of the robot, and the design scheme has been analyzed and calculated. Then built overall mechanical structure of pipeline inspection robot 3-D models in Solid Edge software. The design of mechanical system of the pipeline inspection robot is equipped with the tracked mobile mechanism moves along the urban drainage pipelines and two support arms can climb maximum gradient of 30 degrees. And after careful study, the camera system and the ultrasonic inspection system of the robot are also determined in the paper.Key words: Drainage pipeline, Tracked robot, Ultrasonic nondestructive inspection目 录第一章 绪 论 (1)1.1课题研究意义及背景 (1)1.2管道检测机器人的发展 (3)1.2.1管道检测机器人发展情况 (3)1.2.2 管道检测机器人类型介绍 (7)1.3管道检测机器人的技术 (9)1.4 课题研究主要内容 (9)1.5本章小结 (10)第二章 管道检测机器人机械结构设计方案确定 (11)2.1管道检测机器人移动方式结构设计 (11)2.1.1管道检测机器人移动方式分析比较 (11)2.1.2管道检测机器人移动方式选择 (13)2.2管道检测机器人总体机械结构设计 (14)2.3本章小结 (15)第三章 管道检测机器人机械结构设计计算 (16)3.1 管道检测机器人力学分析计算 (16)3.2 管道检测机器人执行机构设计 (18)3.2.1传动齿轮的设计计算 (18)3.2.2传动轴的设计计算 (25)3.3 管道检测机器人驱动系统设计 (29)3.3.1步进电机的选择 (31)3.4 本章小结 (33)第四章 管道检测机器人附属配置 (35)4.1能源供给方式的选择 (35)4.2 摄像系统的选择 (35)4.3检测系统的选择 (36)4.4电源装置的选择 (38)4.5控制装置的选择 (38)III4.6本章小结 (38)第五章 管道检测机器人三维模型设计 (39)5.1移动机构三维模型设计 (39)5.2 支撑臂机构三维模型设计 (41)5.3车体结构三维模型设计 (41)5.3.1车体内部结构三维模型设计 (41)5.3.2车体上方结构三维模型设计 (42)5.3.3车体前方结构三维模型设计 (43)5.4整体结构三维模型设计 (43)5.5本章小结 (45)第六章 管道检测机器人稳定性分析 (46)6.1承载能力 (46)6.2检测系统 (47)6.3质量优化 (47)6.4本章小结 (48)第七章 经济技术分析报告 (49)第八章 总结与展望 (50)8.1总结 (50)8.2展望 (50)参考文献 (52)致 谢 (54)声 明 (55)IV第一章 绪 论1.1 课题研究意义及背景近年来，随着我国经济的快速发展，城市发展的步伐也逐渐加快，煤气、输水、油气、通讯、化工以及其他用途的管道急剧增加。
管道机器人毕业设计正文
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）：设计内容主要结论1----能源2----控制系统3----收放线装置4----X射线控制5----驱动装置6----X射线机7----视觉定位装置8----防护罩9----管道壁上海交通大学研发了小口径管道内蠕动式移动机构。
它是模仿昆虫在地面上爬行时蠕动前进与后退的动作设计的。
其主要机构由撑脚机构、三个气缸（前气缸、中气缸、后气缸）、软轴、弹簧片、法兰盘组成。
针对微小空间、微小管道实时探测的要求，研制成电磁驱动微小型管道机器人样机。
微小管道机器人由四个电磁驱动单元组成。
其驱动机理模拟生物体的蠕动爬行。
它是通过给线圈加一系列的时序脉冲进行控制，依次使各单元动作，达到蠕动爬行的运动。
西安交通大学设计制作了蠕动式微动直线自行走机构。
这种行走机构以电致伸缩微位移器做驱动器，以电磁铁机构作为可吸附于行走表面的保持器。
广州工业大学借用仿生学原理，研制成结构独特的，像蠕虫一样的微管道机器人的运动由电磁力驱动。
机器人由前后两个电磁线圈和前后两个驱动器组设计内容主要结论成。
毕业设计(论文)--管道机器人行走机构设计[管理资料]
![毕业设计(论文)--管道机器人行走机构设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/990d4cecfad6195f302ba6ee.png)
毕业设计（论文)--管道机器人行走机构设计摘要管道运输在我国运用比较普遍，管道长期处于压力大的恶劣环境中，受到水、油混合物、硫化氢等有害气体的腐蚀。
这些管道受蚀后，管壁变薄，容易产生裂缝，造成漏油的问题，存在重大安全生产隐患和济济损失。
因此研究工程应用中的管道机器人具有很高的实用价值和学术价值。
根据这些问题，我们设计一种新的行走机构并分析了其总体机械结构。
本文进一步介绍了当前国内外的管道机器人的发展现状并提出了一种新的管内行走机构。
它利用一个电机同时驱动均布在机架上并与管内壁用弹簧力相封闭的六个行进轮，从而实现了可以轴向直进全驱动的管内行走。
接着本论文重点对直进轮式管道机器人的运动机理和运动特征进行了分析和介绍。
根据管道机器人的设计要求选择电机，介绍了电机选择过程，对其中关键的机械部件如蜗轮蜗杆传动部件、齿轮等进行了设计。
该机器人具有较大的承载能力，可以在较高的速度下实现连续移动，由于该机构采用弹性装置支撑，所以该机构的管径适应性增大，是一种具有实用价值的移动机构形式……关键词：管道机器人；行走机构；弹性装置AbstractIn our country, pipeline transportation is very universal, and pipeline is in high pressure circumstance. Because pipes are corroded by the water, the oil mixture, the hydrogen sulfide, the noxious gas corrosion and so on. When these pipelines were corroded, their walls would become thin and result in cracks and oil leak, there is safety incipient fault in production and economic loss. So the key technology and further research development trend of in-pipe robot are discussed.According to these problems, we designed a new mobile mechanism and analyzed its machine structure. In this paper, the current states of in-pipe robot are described and a new type of mobile robot mechanism moving in pipe is presented. It uses two motor to drive six wheels which distribute symmetrically on the robot body and a wheels are pushed on the wall of pipe by spring force，so that the six driving wheels move along the axis of pipe. This kind of mobile robot mechanism has high efficiency，simple structure and easy to manufacture and to mount.Then the papers focus on direct pipeline into the wheeled robot's movement and the movement of an analysis and presentation. According to the pipeline robot design requirements choose Motors, introduced the motor selection process, of which the key mechanical components such as worm transmission parts, such as a gear design. The robot with the larger carrying capacity, can achieve higher speeds for mobile, as the agenciesadopt a flexible device support, the agency increased the diameter of adaptability, is a kind of practical value in the form of body movement.Keywords: In-pipe Robot; Mobile mechanism; Flexible device摘要IAbstract II1绪论 1128102管道机器人总体方案设计1111式 1112式 13173管道机器人的移动机构分析与设计181819动机构的原理19动机构的特点1921由度分析21度分析21析时的一些假设条件23构前进时的受力分析2427机的选择27位的设计计算29设计31选择31簧的设计3232径大小的影响32道机器人适用的管道口径334直进轮式管道机器人实体建模34343536375总结 38参考文献40致谢41附录421 绪论管道作为一种有效的物料输送手段，在一般工业、核设施、石油天然气、军事装备等领域中都得到广泛的应用，本题目要求设计一个结构紧凑的管道内行走装置，提高驱动效率。
应用于管道内检测的智能巡检机器人设计
应用于管道内检测的智能巡检机器人设计作者：黄庆典李琪来源：《科技创新与应用》2019年第22期摘 ;要：针对传统的管道检测方法效率低下、检测结果失真的问题，文章基于机械原理、高频通讯技术以及传感器技术设计一种应用于管道内检测的智能巡检机器人，可以通过调整轮子的跨度实现适应不同管径的管道，并且检测数据在上位机系统可直观反映管道内的状态。
关键词：管道;检测;机器人;stm32;系统中图分类号：TP242 文献标志码：A ; ; ; 文章编号：2095-2945（2019）22-0101-02Abstract： In order to solve the problems of low efficiency and distortion of detection results of traditional pipeline detection methods， an intelligent inspection robot used in pipeline detection is designed based on mechanical principle， high frequency communication technology and sensor technology. The pipe can be adapted to different diameters by adjusting the span of wheels， and the detection data in the host computer system can directly reflect the state of the pipeline.Keywords： pipeline; detection; robot; stm32; system前言信息的传输、能源的输送都几乎离不开管道，城市或工厂这些人口密集的区域，更是在地下汇集了大量的管道[1]。
管道检测机器人的设计与开发
管道检测机器人的设计与开发摘要：设计了针对管径为200 ～ 250mm的管道检测机器人，其中包括移动载体、总体技术路线、数据采集和传输系统的设计。
关键词管道检测机器人移动载体总体技术路线数据采集与传输冶金、石油化工及城市水暖供应管道系统的工作环境十分恶劣，长久使用后易出现腐蚀、疲劳破坏最终引发泄漏事故。
对管道系统实行定期检测、诊断、清理和维护越来越受到人们的重视。
无损检测已成为管道检测的一项重要技术，尤其是管道在役和在线探查成为无损检测技术应用发展的重要方向之一，但是由于管道所处的工作环境常常是人力所不能及，检修非常困难，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测、诊断、清理和维护，可以避免巨大的人力、物力及财力的浪费。
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，为开发管道检测机器人技术打下一定的基础。
1 管道检测机器人系统总体概述管道检测机器人系统主要由移动载体(管道机器人)、传感器、信号传输、驱动、数据采集传输及管内环境识别装置等组成，其中传感器和信号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化检测设备，该管道检测机器人应满足以下几个条件:a．能够使检测方便、直观、高效;b．在满足工作要求的前提下，机器人的成本经济适用、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，可靠性高;e．软件开发工具和资源丰富，便于开发和算法的实现;f．为了避免信号失真，确保数据传输质量，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2． 1 移动载体管道机器人作为检测系统的载体，是工作附件的运载工具，驱动电机、控制系统、检测模块都安装在其上，为保证其重量轻，采用了铝合金材料。
管道机器人毕业设计
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）：设计内容主要结论1----能源2----控制系统3----收放线装置4----X射线控制5----驱动装置6----X射线机7----视觉定位装置8----防护罩9----管道壁上海交通大学研发了小口径管道内蠕动式移动机构。
它是模仿昆虫在地面上爬行时蠕动前进与后退的动作设计的。
其主要机构由撑脚机构、三个气缸（前气缸、中气缸、后气缸）、软轴、弹簧片、法兰盘组成。
针对微小空间、微小管道实时探测的要求，研制成电磁驱动微小型管道机器人样机。
微小管道机器人由四个电磁驱动单元组成。
其驱动机理模拟生物体的蠕动爬行。
它是通过给线圈加一系列的时序脉冲进行控制，依次使各单元动作，达到蠕动爬行的运动。
西安交通大学设计制作了蠕动式微动直线自行走机构。
这种行走机构以电致伸缩微位移器做驱动器，以电磁铁机构作为可吸附于行走表面的保持器。
广州工业大学借用仿生学原理，研制成结构独特的，像蠕虫一样的微管道机器人的运动由电磁力驱动。
机器人由前后两个电磁线圈和前后两个驱动器组设计内容主要结论成。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 引言管道运输是当今五大运输方式之一，已成为油气能源运输工具。
目前，世界上石油天然气管道总长约200万km，我国长距离输送管道总长度约2万km。
国家重点工程“西气东输”工程，主干线管道(管径1118mm)全长4167km，其主管道投资384亿元，主管线和城市管网投资将突破1000亿元。
世界上约有50%的长距离运输管道要使用几十年、甚至上百年时间，这些管道大都埋在地下、海底。
由于内外介质的腐蚀、重压、地形沉降、塌陷等原因，管道不可避免地会出现损伤。
在世界管道运输史上，由于管道泄漏而发生的恶性事故触目惊心。
据不完全统计，截至1990年，国内输油管道共发生大小事故628次。
1986到2b00年期间美国天然气管道发生事故1184起，造成55人死亡、210人受伤，损失约2. 5亿美元。
因此，研究管道无损检测自动化技术，提高检测的可靠性和自动化程度，加强在建和在役运输管道的检测和监测，对提高管线运输的安全性具有重要意义。
1.1管道涂层检测装置的发展、现状和前景1.1.1管道涂层检测装置的发展管内作业机器人是一种可沿管道自动行走,携有一种或多种传感器件和作业机构,在遥控操纵或计算机控制下能在极其恶劣的环境中进行一系列管道作业的机电仪一体化系统.对较长距离管道的直接检测、清理技术的研究始于本世纪50年代美、英、法、德、日等国,受当时的技术水平的限制,主要成果是无动力的管内检测清理设备——PIG,此类设备依靠首尾两端管内流体的压力差产生驱动力,随着管内流体的流动向前移动,并可携带多种传感器.由于PIG本身没有行走能力,其移动速度、检测区域均不易控制,所以不能算作管内机器人.图1所示为一种典型的管内检测PIG[5]. 这种PIG的两端各安装一个聚氨脂密封碗,后部密封碗内侧环向排列的伞状探头与管壁相接触,测量半径方面的变形,并与行走距离仪的旋转联动,以便使装在PIG内部的记录仪记录数据.它具有沿管线全程测量内径,识别弯头部位,测量凹陷等变形部位及管圆度的功能,并可以把测量结果和检测位置一起记录下来. 70年代以来,石油、化工、天然气及核工业的发展为管道机器人的应用提供了广阔而诱人的前景,而机器人学、计算机、传感器等理论和技术的发展,也为管内和管外自主移动机器人的研究和应用提供了技术保证.日、美、英、法、德等国在此方面做了大量研究工作,其中日本从事管道机器人研究的人员最多,成果也最多。
图1管内检测典型PIG样机在已实现的管内作业机器人中,按照其行动方式可分为轮式、履带式、振式、蠕动式等几类：(1) 轮式管内机器人由于轮式驱动机构具有结构简单,容易实现,行走效率高等特点,对此类机器人的研究比较多.机器人在管内的运动,有直进式的(即机器人在管内平动)也有螺旋运动式的(即机器人在管内一边向前运动,一边绕管道轴线转动);轮的布置有平面的,也有空间的.一般认为,平面结构的机器人结构简单,动作灵活,但刚性、稳定性较差,而空间多轮支撑结构的机器人稳定性、刚性较好,但对弯管和支岔管的通过性不佳.轮式载体的主要缺点是牵引力的提高受到封闭力的限制.图2所示为日本的M.Miura等研制的轮式螺旋推进管内移动机器人。
(2) 履带式管内机器人履带式载体附着性能好,越障能力强,并能输出较大的牵引力.为使管内机器人在油污、泥泞、障碍等恶劣条件下达到良好的行走状态,人们又研制了履带式管内机器人.但由于结构复杂,不易小型化,转向性能不如轮式载体等原因,此类机器人应用较少.图2所示为日本学者佐佐木利夫等研制的履带式管内移动机器人[13],其驱动轮可变角度以适应管径的变化,可通过圆弧过渡的90度弯管.图2轮式螺旋推进管内移动机器人总体结构图图3 轮式螺旋推进管内移动机器人驱动系统图(3) 振动式管内机器人振动可以使物体的位置改变,根据这一原理,日本学者森光武则等提出了的振动式管内移动机器人。
其原理为:在机器人的外表面装有若干与机体成一定角度的弹性针,靠弹性针的变形使其压紧在管壁上.机身内装有偏心重物,由电机驱动.当偏心重物旋转时,离心力使弹性针变形,滑动,从而带动机器人移动.振动式管内机器人结构简单,容易小型化,但行走速度难以控制,而且振动使机器人沿圆周方向自转,姿态不稳定,另外,振动对传感器的工作和寿命均会产生影响.(4) 蠕动式管内机器人参考蚯蚓、毛虫等动物的运动,人们研制了蠕动式管内机器人。
其运动是通过身体的伸缩(蠕动)实现的:首先,尾部支承,身体伸长带动头部向前运动,然后,头部支承,身体收缩带动尾部向前运动,如此循环实现机器人的行走.图3所示为日本日历制作所研制的蠕动式管内机器人,其前后两部分各有8条气缸驱动的可伸缩支撑足,中部有一气缸作为蠕动源。
国内在管道机器人方面的研究起步较晚，而且多数停留在实验室阶段。
哈尔滨工业大学邓宗全教授在国家863”计划课题“X射线检测实时成像管道机器人的研制”的支持下，开展了轮式行走方式的管道机器人研制，如图3所示。
该机器人具有以下特点: (1)适应大管径(大于或等于900mm)的管道焊缝X射线检测。
(2)一次作业距离长,可达2km。
(3)焊缝寻址定位精度高为±5mm。
(4)检测工效高,每道焊缝(900mm为例)检测时间不大于3min;实现了管内外机构同步运动作业无缆操作技术, 并研制了链式和钢带式两种新型管外旋转机构,课题研究成果主要用于大口径管道的自动化无损检测[8]。
上海大学研制了“细小工业管道机器人移动探测器集成系统”。
其主要包含20mm内径的垂直排列工业管道中的机器人机构和控制技术(包括螺旋轮移动机构、行星轮移动机构和压电片驱动移动机构等)、机器人管内位置检测技术、涡流检测和视频检测应用技术,在此基础上构成管内自动探测机器人系统。
该系统可实现20mm管道内裂纹和缺陷的移动探测[9]。
图4 蠕动式管内移动机器人1.1.2测量方法的研究进展按有无破坏性,表面涂镀层厚度测试方法可分为有损检测和无损检测。
有损检测方法主要有计时液流测厚法、溶解法、电解测厚法等,这种方法一般比较繁琐,主要用于实验室。
目前也有便携式测厚仪,适合在现场使用。
常用的无损检测方法有库仑-电荷法、磁性测厚法、涡流测厚法、超声波测厚法和放射测厚法等，各种无损测厚法均有成型的仪器设备,使用起来方便简单,且无需对表面涂镀层进行破坏[1]。
因此,该类方法在管道涂层的测量中已得到了广泛的应用。
常用的无损涂层测量方法有磁性测厚﹑电涡流测厚﹑磁性/涡流测厚﹑超声波测厚等（1）磁性测厚磁性测厚法可分为2 种:磁吸力测厚法和磁感应测厚法。
磁吸力测厚法的测厚原理: 永久磁铁(测头)与导磁钢材之间的吸力大小与处于这两者之间的距离成一定比例关系,这个距离就是覆层的厚度。
利用这一原理制成测厚仪,只要覆层与基材的导磁率之差足够大,就可进行测量。
测厚仪基本结构由磁钢、接力簧、标尺及自停机构组成。
磁钢与被测物吸合后,将测量簧在其后逐渐拉长,拉力逐渐增大。
当拉力刚好大于吸力,磁钢脱离的一瞬间记录下拉力的大小即可获得覆层厚度[2]。
新型的产品可以自动完成这一记录过程。
磁感应测厚法的基本原理:利用基体上的非铁磁性涂覆层在测量磁回路中形成非铁磁间隙,使线圈的磁感应强度减弱;当测量的是非铁磁性基体上的磁性涂镀层厚度时,则随着涂镀层厚度的增加,其磁感应强度也会增加。
利用磁感应原理的测厚仪,原则上可以测量导磁基体上的非导磁覆层厚度,一般要求基材导磁率在500 H /m以上。
如果覆层材料也有磁性,则要求与基材的导磁率之差足够大(如钢上镀镍) 。
磁性原理测厚仪可用来精确测量钢铁表面的油漆层,瓷、搪瓷防护层,塑料、橡胶覆层,包括镍铬在内的各种有色金属电镀层以及化工石油行业的各种防腐蚀涂层。
其特点是操作简便、坚固耐用、不用电源、测量前无须校准、价格较低,适合车间做现场质量控制。
（2）电涡流测厚涡流测厚仪是根据涂镀层与基体材料的导电性有足够的差异来进行金属基材上涂覆层的物性膜厚来测量的。
该方法实质上也属于电磁感应原理,但能否采用该方法进行厚度测定,与基体及涂镀层材料的导电性有关,而与其是否为磁性材料无关。
其工作原理为:高频交流信号会在测头线圈中产生电磁场,当测头靠近导体时,就在其中形成涡流。
测头离导电基体愈近,则涡流愈大,反射阻抗也愈大。
这个反馈作用量表征了测头与导电基体之间距离的大小,也就是导电基体上非导电覆层厚度的大小。
由于这类测头专门测量非铁磁金属基材上的覆层厚度,所以通常称之为非磁性测头。
非磁性测头采用高频材料做线圈铁芯,例如铂镍合金或其他新材料。
与磁感应原理比较,主要区别是不同的测头、不同的信号频率和大小及不同的标度关系。
采用电涡流原理的测厚仪,主要是对导电体上的非导电体覆层厚度的测量,但当覆层材料有一定的导电性时,通过校准也同样可以测量,只是要求两者的导电率之比至少相差3～5倍(如铜上镀铬) 。
（3）磁性/涡流测厚磁性测厚和涡流测厚均有缺点,为此,很多厂家将两者综合在一起进行测定,采用的探头有3种: F型、N型和FN型。
其中F型探头采用磁感应原理,可用于钢铁上的非磁性涂镀层,如油漆、塑料、搪瓷、铬和锌等; N型探头采用涡流原理,用于有色金属(如铜、铝、奥氏体不锈钢)上的绝缘层,如阳极氧化膜、油漆和涂料等;而FN型探头同时具有F 和N型探头的功能,利用两用型探头,可实现在磁性和非磁性基体上自动转换测量[3] 。
目前开发比较成熟的磁性测厚仪有时代公司的TT220, 德国EPK 公司开发的M IN ITEST4100 /3100 /2100 /1100系列测厚仪和PHYN IX公司的Surfix/Pocket2Surfix 便携式涂镀层测厚仪,可以方便地实现各种条件下的无损测厚。
（4）超声波测厚超声波测厚仪是利用超声波脉冲反射原理,通过发射的超声波脉冲至涂层/ 基材, 计算脉冲通过涂层/ 基材界面反射回发射器所花的时间来计算涂层的厚度。
仪器通过一个发射器发射高频超声波进入涂层,振动波会穿透涂层,遇上不同力学性能的材料(如基材) 时,振动波会在不同材料的界面部分反射和传递。
反射部分会被感应器接收,传递的振动波继续传递到底材,同样经历着所有材料界面间的反射、传递过程。
传感器将反射波转换成电信号,这些信号会被仪器数码化,数码化反射波被分析后,便得到振荡波所花的确切传递时间[5]。
从而计算出涂层的厚度。
超声波测厚仪可用于测量多种材料的厚度,如钢、铁、塑料和玻璃等。
新型的超声波测厚仪可以一次测量即可测定多层涂层的总厚度及指定的各层厚度,且精度很高。
1.1.3管内作业机器人的发展前景为了使管内作业机器人能够尽快地走出实验室,进入实用化阶段,必须在以下几个方面有所突破。
（1）灵活可靠的行走机构前面已经提到,管内作业机器人在弯管、支岔管中的通过性问题仍未解决。