管道爬行器的研究与设计【优秀含12张CAD图纸+SW三维建模+爬行机器人全套课程毕业设计】

管道爬行器的研究与设计【优秀含12张CAD图纸+SW三维建模+爬行机器人全套课程毕业设计】

【带任务书+开题报告+中期检查表+课题申核表】【46页@正文16800字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609 】.bat

03任务书.doc

中期检查表.doc

管道爬行器的研究与设计.doc

管道爬行器的研究与设计开题报告.doc

课题申核表.doc

SolidWorks图纸.rar

SolidWorks造型图纸.rar

丝杆.DWG

主体1.DWG

主装配体.DWG

伸缩杆1.DWG

伸缩杆2.DWG

原理.rar

小电机座.DWG

工程图三维.rar

摇杆.DWG

新型吊篮.DWG

曲柄.DWG

电机座.DWG

电路图.rar

螺母杆.DWG

装配体.rar

轴承.DWG

任务书

题目名称            管道爬行器的研究与设计

一、论文（设计）主要内容及主要技术指标

（一）主要内容

该题目主要内容有：

1.管道爬行器的运动原理分析

（1）管道爬行器的动力选择分析

（2）管道爬行器的动力传动分析

（3）管道爬行器的运动机构的分析

2.管道爬行器的结构研究与设计

（1）管道爬行器的工作原理分析

（2）管道爬行器的机械结构的设计

（3）根据其工作的要求设计爬行器的工作部分的结构

（4）由于管道内工作，需要进行爬行器调整姿态，进行旋转机构的设计

（5）由于需要在管道内进行管道连接处的转弯，进行转弯动作的分析

（6）在工作时，由于有各种不利因素，进行管道检修部分（摄像头基座）的设计及安装分析

3.爬行器的零件设计及其装配

（1）由管道的数据，进行爬行器的零件尺寸，形状设计

（2）用Solidworks进行装配

4.对于爬行器的工作运动要求进行电机的动作分析

（1）正常工作状态下，电机的运转状态分析

（2）转弯时的电机运转状态及其工作顺序的分析

5.对爬行器的控制电路原理的设计

（1）根据工作条件进行电机的选择及其功率的核定

（2）由电机进行电源分析和选择

（3）确定工作电路的元件规格

（4）由工作要求进行电机控制的电路分析

（5）由工作要求进行各种控制电路的试制

（6）分析各种控制电路的优缺点

（7）结合工作环境和工作要求进行控制电路的确定

6.对爬行器管道内定位方案的提出及其电路设计。

（1）  根据爬行器所完成的任务列举爬行器定位方案。

（2）  分析爬行器定位方案

（3）  初步进行定位的设计

（4）  完善定位

7. 爬行器工作电路的总结

（1）通过人工控制电机的正反转和电机调速。人为的控制爬行器的顺序动作，完成十字口和丁字口的转弯。

（2）通过里程计反馈电路反馈信号，结合管道工程图确定爬行器所在的具体位置。

（二）技术指标

      爬行器全长840mm，能通过450mm—1100mm的管道，电气所需电源24V直流。

      里程计电源5V。

二、毕业论文（设计）的基本要求

1.毕业设计（论文）一份：有400字左右的中英文摘要，正文后有15篇左右的参考文献，正文中要引用5篇以上文献，并注明文献出处。论文字数在6000字以上；

2.有不少于2000汉字的与本课题有关的外文翻译资料；

3.毕业设计总字数在10000字以上；

4.零件工程图；

5.爬行器装配图；

6.工作电路图及其接线图。

三、毕业论文（设计）进度安排

1. 2008年12月22日-1月20日，下达毕业设计任务书；寒假期间完成英文资料翻译

和开题报告。

2. 2009年2月25-3月9日（第1-2周），指导教师审核开题报告和设计方案。

3. 2009年3月10日-4月18日（第3-10周），毕业设计各单元部分设计、撰写论文初稿。

4. 2009年4月20-26日（第11周），毕业设计中期检查。

5. 2009年5月5-20日（第12-14周），设计计算、强度校核、零件模拟装配、电气部分设计撰写毕业设计论文。

6. 2009年5月22日-25日（第15-16周）上交毕业设计论文，指导教师、评阅教师审查

评阅设计论文，毕业设计答辩资格审查。毕业设计答辩，学生修改整理设计论文。

摘  要

本课题是在对管道爬行器的结构和运动研究分析的基础上。本次设计在Solidworks的基础上构建管道爬行器的若干套三维造型，然后依据要求进行选择。最终方案采用列车连接结构,伸缩结构和“伞”型结构，以适应管道内部的弯道和大范围内径变化管道。通过电气控制，使各电机顺序动作以完成通过十字型和丁字型等较复杂的管道,通过新型吊环的调节始终保持摄像装置与水平面的平行。对管道爬行器的控制要求，采用常规的电气控制分析方法设计电气部分的控制电路，最终方案采用人工控制电机的顺序动作进行管道内的转弯，里程计反馈信息与管道工程图相结合的方法来进行爬行器的定位。为研究管道爬行器打下了一定的基础。

关键词：自适应性，伸缩结构，内径变化，新型吊环，Solidworks

The research and design of piping crawl robot

Abstract

The question for discussion base on?the structure of piping crawl robot an-d the moving investigation'analyze. This project bases on Solidworks to concei-ve some 3D sculpt of? crawl r-obot, then by requestion carry through choose. The final scheme adopt the structure about train and flex structure and umbrellastructure, for the sake of adapting tothe pipeline that can change radius in gr-eat range. And succeed overpassing crossmodel and t-shaped model complicatedpiping by the sequentially-operation of the electric motor ,and always can keepparallel state between vidicon setting?and horizontalgeby adjusting by?the new

fiying rings system.Gave the request for the contral of piping crawl robot. Ad-opt nomothetic approach about electrical control analysis for control circuit des-ign ofelectric parts.The final project adopt the manual control the electr-ic mot-or’s sequentially-operating make the machine pass the curved conduit.To adopt the way which use milemeter feedback information couple with piping’s sched-ule drawing for allocation.The paper lays the theoretic foundation for research piping crawl robot

Keywords: From the adaptability, Flexible structure, Inside the path variety,New fiying rings system,Solidworks

目  录

1 绪论1

2 设计方案初步分析2

2.1 无线控制与有线控制的选择2

2.1.1 有线控制及拖拽2

2.1.2 非拖曳2

2.2 驱动方式选择2

2.2.1 轮式爬行2

2.2.2 履带爬行3

2.3 姿态调整的选择3

2.3.1 加传感器的关节进行调整3

2.3.2 利用吊篮方式进行调整4

2.3.3 采用新式吊篮进行调整4

2.4 自适应分析4

2.4.1 伸缩臂长和加弹簧方式5

2.4.2 伸缩臂长和“伞”型摇杆5

2.5 方案的基本确定5

3 方案一的设计与分析5

3.1 机身的设计6

3.2 机腿的设计6

3.2.1 伸缩单元7

3.2.2 变长单元8

3.2.3 关节单元8

3.3 驱动轮的设计8

3.4 方案一的分析9

4 方案二的设计与分析9

4.1 机身的设计9

4.2 机身内部传动结构设计9

4.3 进给螺杆与螺母的设计10

4.4 吊篮的设计10

4.5 机腿的设计11

4.6 方案二的分析11

5 方案三的设计与分析12

5.1 机身的设计12

5.2 机身内部传动机构的设计13

5.2.1 进给丝杠和螺母的设计13

5.2.2 选择联轴器17

5.2.3 选择键17

5.3 吊环的设计18

5.4 轴承的设计18

5.5 机腿的设计19

5.6 驱动轮的设计19

5.7 管道爬行的实现20

5.8 管道内路口转弯的实现20

5.9 总体装配体设计21

6 管道爬行机器人的功能分析21

7 管道爬行机器人的动作分析22

8 电气控制基本元器件的选取22

8.1 电机的参数计算与选取22

8.1.2 驱动轮电机的参数计算22

8.1.3 主电机参数计算23

8.1.4 机器人动力源的选取24

8.2 电源的选取24

8.3 电机调速元件的选取25

8.3.1 串联电阻调速方法的实现25

8.3.2 新型调节脉宽PWM型调速的实现26

8.3.3电机调速方法的确定及元件的确定27

9 电路设计28

9.1 轮足电机动作的正转与反转的电路设计28

9.2 前后伞足的张开闭合电路设计28

9.3 电机部分总电路设计29

9.4 电机顺序动作的电路设计30

9.4.1 人为控制30

9.4.2 逻辑控制30

9.4.3 单片机/PLC进行自动控制31

9.5 照明系统的电路设计32

9.6 管道内机器人定位系统（PDPS）的设计33

9.6.1 爬行器管道内定位方案的提出与分析33

9.6.2 机器人定位系统部件的选择与设计35

10 结论36

11 结束语37

致谢38

参考文献38

1 绪论

随着社会的发展和人民生活水平的提高，天然气管道以及各种输送管道的应用越来越多。在我国及世界各个国家内，由于地形的限制和土地资源的有限，在地下都埋设了很多的输送管道，例如，一方面天然气管道、石油管道等，在埋有管道的地面上都已经建成了很多的建筑物、公路等，给管道的维修和维护造成了很大的困难。当这些管道由于某些原因造成了泄露、堵塞等问题时，人们普通的做法是挖开道路进行维修，有些时候如果不能准确判断泄露和堵塞的具体位置时，会浪费很多的时间和精力，同时降低了工作效率[7]。另一方面石油、天然气、化工、电力、冶金等工业的管道工程大多采用焊接管路。为了保证焊接管路的焊接质量和运行安全,管道工程都要对焊缝进行检测,检测焊接部位是否存在虚焊、漏焊、伤痕等焊接缺陷。常用的焊缝检测方法是采用无损检测,如超声、射线、涡流等。对于管路检测,则大多采用管道内爬行探伤检验设备(简称爬行器) 对焊缝进行射线检测。这类爬行器由于受管道尺寸的限制,大多结构十分紧凑。在检测过程中,爬行器在其控制系统的控制下,可连续对同一管道不同位置上的焊缝质量进行检验。考虑管道焊缝检测的效率,常常当管道焊接具有一定长度之后,才集中对管道进行检测。如果一次要检测的管道比较长,爬行器的控制系统应采用车载式布置。使用时,通过外部的控制器对爬行器上的控制系统发出指令,决定爬行器的工作状态。

随着机电一体化技术的发展，以及机器人技术的发展和管道测试等技术的进一步发展，相互之间的渗透程度越来越深，管道爬行机器人是在狭窄空间中进行精密操作、检测或作业的机器人系统。其中机器人的作业环境一般是危险的。火力发电厂、核电厂、化工厂、民用建筑等用到各种各小管道，其安全使用需要定期检修。但由于窄小空间的限制，自动维修存在一定难度。仅以核电站为例，检查时工人劳动条件恶劣。因此管道内机器人化自动检查技术的研究与应用十分必要。人们不再为了维修、维护管道时挖开道路，节省了大量的人力，物力和财力。

目前的管道机器人都是以履带、轮子等实现在管道中的移动，其技术有着或多或少的缺陷，市场尚不成熟。例如：不能适应大范围的管道内径变化，运行中姿态的调整不够理想，在十字型、丁字型等较复杂的管道内径中不能较平稳的通过等等；结合目前管道机器人所存在的缺点，应用机械设计、机械原理等专业知识，设计出了新型管道爬行机器人。此机器人可实现大范围内的管道内径变化，顺利通过十字型、丁字型等较复杂管道；在运行中的姿态调整也得到了较好的解决。

参考文献

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