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（毕业设计全套）管道爬行器的研究与设计（打包下载）

如图所示的控制电路，为完成驱动电机正转与反转动作的电路。注电路中，调速控制省略不画，在以后的总电路图中调速电路画出电路中，用三位开关，左接通为正传，右接通为反转，中位为停止。这种电路方便，简单，较易控制。适合这种低压电气控制电路，并且廉价。.前后伞足的张开闭合电路设计对于前后伞足要求能张开和闭合。为此，要求电机能带动螺旋丝杠进行正反转。可以沿用驱动电机的接线思路，借鉴机床电气控制的接线方法，采用反接的方法进行正反转控制。如图所示。这种电路简单易接，没有延迟现象，可以满足较快和较慢的调速需求，较为理想。图.电机部分总电路设计综合图图的电路设计可得电机部分总电路图如图所示。图各电机控制总电路机器人中电机由个，电机较多，采用个电源显然不能满足电机的能量消耗，所以采用个电源同时供电能满足电机的长时间工作的要求。均为位开关，对于开关左位接通为反转，右位接通为正转。中位为断路。.电机顺序动作的电路设计由转弯的方法可以分离出电机的顺序动作有电机反转电机前进电机正转电机反转电机正转电机正转。对于电机的顺序动作由现代控制理论我们可以由以下几种选择采用手动开关通过摄像头观察，人为进行控制。采用传统的电磁电气控制电路进行逻辑控制。采用单片机进行自动控制。人为控制若采用第种方法控制，如图所示，这种电路可以进行人为的进行电机的顺序动作控制，先闭合开关的左边再断开闭合的右边再断开闭合的右边再断开闭合的左边再断开闭合的右边再断开闭合的右边再断开。逻辑控制若采用第二种控制方法，可以参考机床电气控制的经典电路作出如图，图组成的由电磁铁，继电器组成的电磁控制电路，采用时间继电器来控制元件的顺序动作个通过不同的得电实现个顺序动作，时间继电器的延时为秒，也可以根据不同的伸缩要求设定动作时间。控制步骤，控制步骤，控制步骤，控制步骤，控制步骤，控制步骤。单片机进行自动控制考虑采用单片机自动控制电路，可以把顺序动作分解为由不同的使能端输出，由个初始激发信号，来使上电，同时执行程序从而输出各个电信号，各个电信号来驱动各执行原件控制电机的动作，如图所示为由端口分配接线图，端口分配表如下表口分配表输入输出转弯启动前伞闭合后伞足前进前伞打开后伞闭合前伞足前进后伞足打开如图为电机主回路接线图，如图为程序梯形图构成的组合控制电路。图端口分配接线图图电机主回路接线图图程序梯形图构成的组合控制电路电路分析对于图所示接线图由闭合上电发出启动程序指令，由端口接收。由图所示程序梯形图的执行程序可以进行顺序的动作执行，通过定时器来设定元件的接电时序来输出电信号。使按顺序得电共步，其中依次控制转弯时各电机的顺序动作，并由依次执行元件执行动作。由图所示电机主回路接线图可以进行执行元件的直接执行动作，由触点的接通和断开来直接驱动电机的顺序动作。电路的比较与选择如下对于如图所示电路，它的优点是方便，简单，结构精炼。但要人为的控制，并且步骤复杂，开关较多，操作麻烦。对于如图，所示电路图，它的优点是能够由个激励信号完成所有的顺序动作，操作简单，但结构复杂，并且继电器电路般需要以上的电源配合，还要连接各个触点，对于管道机器人的电路系统要求不符合，还要重新配置电气系统，配置控制箱，系统庞大，不太符合野外工作要求。对于如图所示电路图，可以用进行自动化控制，般也需要的电源配合，并且价格较高，并且需要接触器来进行控制执行，并且各种管道的小径不同，不能通过简单的设定延时来控制伞足的张开和闭合。用在这种机器人身上显然大材小用了。通过以上电路的比较以及管道爬行机器人的工作要求及条件，我们选用人为手动开关控制转弯动作，并且可以随时调整，采用这种控制方法可以省略很多元器件，节约线材，简单快捷，价格低廉，适合低压控制电路，并且可以随意的人为执行动作，适合不同的工作环境下的动作执行，接线简单，采用手柄式控制盒布线体积较小，重量轻，适合任何电源，具有定的通用性。.照明系统的电路设计照明电路选用个的荧光灯并联在电源上即可。如图所示。图照明电路.管道内机器人定位系统的设计在机器人工作时，通过人眼观察摄像头传输的信息来确定管道是否破损，需要对机器人进行管道中的定位来确定管道破损处的定位。爬行器管道内定位方案的提出与分析根据所学的电路及信号方面的知识。大致列出机器人管道中定位方案如下方案可根据工业过程控制中，常用的小车模型中的确定小车位置的行程开关或感光元件光敏管发光二极管感光二极管进行编号，对机器人经过时进行信号的传输，来确定机器人在管道中的位置。方案二可以借鉴通信运营商的卫星定位系统，自行设计无线传输通信系统，对机器人进行安装信号源，通过外部的全局的信号接受，来确定机器人的确切的位置。即小型的管道用。方案三对于管道机器人的特殊性，可以变相的认为管道机器人就是列小型的有轨火车，则可以模仿火车调度室的火车运行定位方案进行管道机器人定位的设计。方案四由于管道是封闭的，有固定路径的，可以仿出租车的里程计算系统来直接计算出机器人的行程长度，通过计算里程和比对管道线路工程图来间接的确定机器人的准确位置。对于方案那就必须把管道内部按照定的步距安装定密度的敏光管或感光二极管等感应器，信号反馈线路有线或无线，外接串口或并口。对感应器进行编号，由个编号的感应器发出的信号来确定机器人所在的大致位置。根据机器人的大致位置，和摄像头所发出的视频信号人为的判断管道是否破损，对破土进行管道维修提供破损定位。对于方案二可以在管道机器人上安装卫星定位器，借助通信运营商进行卫星结合管道的布局图进行定位类似于车载卫星定位，可以把道路看做管道线路，把车看成管道爬行机器人。其卫星定位原理如图，运用到机器人上形成的上位机展示图如图。图卫星定位原理图上位机仿真图像对于方案三基于有轨列车的轨道行进过程中。可以组建列车线路网，基于列车线路网这个平台进行列车行驶位置的监控。如图。对于火车的调度及运行定位可以查到，系统采用以定位为主，以相关信息为辅的定位方式，通过车载计算机实时对系统各功能模块信息的交互，完成对机车运行全过程的信息采集，进而实现对机车运况的监测。同时应用无线通讯手段与地面设备相结合，由此实现地面各单位对线路上机车运况全过程的跟踪监测。并据此可以为建立各种信息平台提供详实可靠的信息资源。由此启发，可以火车线路网换成管道线路网，把火车换成管道爬行机器人。运用无线反馈设备，对机器人进行实时监控。对于方案四我们已知管道线路，已知管道各段的长度，以及管道的路径。就可以根据机器人运行的参考量来断定机器人在管道中的具体位置。确定机器人位置的参考量有很多，比如路程，位移，时间，管道内部标志等等，通过对参考量的分析，显然用位移，时间，管道内部标志来确定机器人的位置比较粗略，精度相当不高。用路程来衡量机器人在管道中的位置比较合适，精度适中。那就必须在机器人上安装里程计由于管道的长度不像城市的道路那么长，所以里程计的精度必须要达到.，通过测量运行的距离，反映到译码管上，读出机器人运动的距离，通过机器人移动的距离可以与通过管道线路的对比就可标出出机器人的确切位置。机器人管道内模拟图如图图机器人管道内定位模拟图机器人定位系统部件的选择与设计通过以上的分析，我们根据机器人的工作条件，和野外工作状况，以及成本低廉，制作简单，方便携带的原则，可以选择采用里程式机器人管道内定位系统。里程式系统的原理是采用确定机器人的移动距离来反馈机器人在管道内的位置。测量机器人的移动距离是关键，我们采用普遍的计数器，编码盘，感光二极管，发光源等组成个轮辐运动圈数的反馈电路，为了编程方便，可设计编码盘的直径为.，那么编码盘转动圈行走的距离为.，其原理图如图。编码盘分的越细，里程计显示的越精确,在本次设计中，里程计的电路原理是通过编码盘旋转，光源发光，感光二极管的感光次数通过计数器单片机计数，来确定驱动轮所走的圈数，驱动轮的周长已知，进行乘法运算就可得到机器人行走的距离，再进行数据转换，通过译码器译码，输出数码管。里程计电路图如图由于电路中采用单片机进行数据运算和信号输出，所以必须要有单片机的运行程序来控制单片机的动作，单片机中有个计数器，为了高效的利用单片机，我们采用计数器，同时使用，产生位数据输出。其初级设定程序如图注这本章中，已经完整的表述了里程计及其显示电路的原理，接线图和程序，在总电路图的设计中，为了简化电路，我们以方框代表里程计系统。结论通过以上的电路分析以及比较，我们可以选用采用手动开关的电路进行整合，以及电源负载平均分配，可得如下图电路图。其中为驱动电路总开关，为调整电路总开关，为前轮正反转控制开关，为后轮正反转控制开关，为前伞足张合开关，为后伞足张合开关，为机器人里程显示启动开关。脉宽调制模块对于现在来讲已经成为变相的标准件电路板，全国各大电机厂商均有生产，可以直接从市场买来。里程计模块电路板全国也有许多厂商生产，也是批量生产的产品，可以直接买来。，为照明元件，为了摄像头观察清晰，照明选用荧光管。注总电路图中，方框部分均为能买来的电路板部件，不画出其电路图。脉宽调制器里程计根据电机的功率和额定电压的选择如表电机也可以把后轮的个电机省略掉，有前轮拉动前进或后退。表管道爬行机器人电气元器件符号名称型号规格数量直流永磁电动机,.开关任选三位开关,数码管线制电源直流蓄电池脉宽调制器里程计.,直流永磁式电动机.,照明灯任选,结束语在本次设计中我们努力通过各种渠道了解管道爬行器应用现场。但由于管道爬行机器人在国内尚未成熟，学校图书馆几乎没有任何相关资料，而通过网络了解得也只是些表面的不切实际的内容，所以本次设计是基本是从零开始。在三维造型阶段，我们共设计出了种管道爬行机器人，这些爬行器各有其优缺点，这里只是介绍了其中的种。经过近个月的努力，在大家的共同努力下终于解决了大多数问题。但由于本人知识所限，该爬行器存在着些缺点。例如爬行器体积较长，使得它不能在弯管内实现拐弯的运动，这是困扰着设计者的个问题。如何实现在定弯度的管道甚至是直角交叉管道中的转弯，需要进步的设计和完善。当然在设计初期，在老师的指导和点拨下，也设计出简易的爬行机器人，经过完善设计出了初步提高其对管道内径的大范围变化和过复杂弯道的能力的爬行器。为了适应市场需求，在弯型管道比直型管道少的情况下，我们设计出了该管道爬行器。虽然在设计的时候考虑了很多在制造加工时遇到的问题，但是在实际制造的过程中还会碰到很多的问题，这些都是要解决的。本设计的最大的创新点是利用了最简单的机构达到了规定的任务，而且应用范围广。致谢毕业设计是大学生本科教学中的个非常重要的环节。通过毕业设计，我们把以前几年之中学习的专业基础知识和专业知识系统化了，把抽象的理论知识和生产生活中的实际相结合。通过本次毕业设计，使我们进步了解机械设计和电路设计相结合设计的具体过程和方法，学会如何应用资料手册图书馆和网络里的知识，学会了如何计算，掌握了设计的基本方法，锻炼了我们动手动脑思考的能力，懂得了经验在设计过程中的重要性，在以后的工作和学习中会主动积累些经验。毕业设计对于我们即将走入社会，踏上工作岗位的毕业生来说，是次非常必要也是非常重要的课程设计，为我们今后从事机械方面的工作奠定了基础。本次设计是在杜老师悉心指导下完成的，在遇到困难时，通过老师们的点拨，往往使我茅塞顿开。他治学严谨，具有丰富的实践经验，使我受益匪浅。我的同学们在设计中也给我了很大帮助。我们