管道探傷機器人電氣控制系統(tǒng)

1、河南科技學(xué)院新科學(xué)院2013屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）管道探傷機器人的設(shè)計電氣控制系統(tǒng) 學(xué)生姓名：崔敏毅 所在院系：新科學(xué)院電氣工程系 所學(xué)專業(yè)：電氣工程及其自動化 導(dǎo)師姓名：楊天明 完成時間：2013年5月10日管道探傷機器人的設(shè)計電氣控制系統(tǒng)摘要 應(yīng)用管道機器人進行石油工業(yè)管道檢測與維修操作是一項前沿技術(shù)。綜合分析了國內(nèi)外油氣管道機器人近年來的發(fā)展情祝，對管道機器人的控制方式進行了分析，并簡單介紹了管道機器人的工作原理、結(jié)構(gòu)特點及各自的發(fā)展過程。最后結(jié)合我國石油工業(yè)發(fā)展的具體情脫，給出了管道機器人在油氣輸送管道、油氣井及其他管道中的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：管道，探傷，控制系統(tǒng)，機器人The desi

2、gn of pipeline inspection robotElectrical control systemAbstractThis paper presents a robot detection system, which consists of cleaning unit、 driving unit for observing the image of inner face of pipe in time. It presents a robot system which detect the crack, blowhole, weld joint, defect, etc. The

3、 information of image is propagated by wireless or wire method to the monitor for observing the image of inner face of pipe in time.Keyword：pipe; detection system; robot目錄緒論11概述11.1開展管道探傷機器人研究的意義11.2管道探傷機器人的技術(shù)發(fā)展11.3管道檢測機器人的研究現(xiàn)狀22管道探傷機器人的整體介紹22.1移動控制系統(tǒng)32.2探傷系統(tǒng)42.3補漏控制系統(tǒng)42.4遙控系統(tǒng)53控制系統(tǒng)設(shè)計53.1運動控制系統(tǒng)5機器人驅(qū)

4、動電機的選型6運動控制實現(xiàn)方式63.2探傷系統(tǒng)控制7超聲波探傷技術(shù)原理73.2.2 驅(qū)動電路設(shè)計83.3補漏系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計83.4遙控系統(tǒng)10發(fā)射器的設(shè)計10接收機的設(shè)計11完整的電機驅(qū)動與控制硬件設(shè)計114控制系統(tǒng)軟件設(shè)計124.1 轉(zhuǎn)向控制程序設(shè)計124.2 位置控制程序設(shè)計135經(jīng)濟性分析報告146結(jié)論15參考文獻16致謝17附錄18緒論 機器人是一種自動化的機器，具備一些與人或生物相似的能力，如感知、規(guī)劃、運動及動作能力的協(xié)作等，機器人技術(shù)被視為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一。自20世紀(jì)60年代工業(yè)機器人問世以來，隨著社會的進步和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是在信息技術(shù)、控制理論等學(xué)科迅

5、速發(fā)展的支持下，機器人的種類日益繁多，性能不斷地改進，工作領(lǐng)域也在不斷地擴大。從深海到宇宙空間，在各種人類所不能承受的極限環(huán)境中都能找到機器人的應(yīng)用?？梢哉f，現(xiàn)代機器人技術(shù)己經(jīng)突破了傳統(tǒng)的工業(yè)機器人的范疇，逐步轉(zhuǎn)向應(yīng)用于各種特殊情況的特種機器人技術(shù)。1 概述1.1 開展管道探傷機器人研究的意義管道探傷機器人是針對油、氣等輸送管道的檢測、噴涂、接口焊接、異物清理等維護檢修作業(yè)所研制的一種特種機器人，己綜合了智能移動載體技術(shù)和管道缺陷無損檢測技術(shù)。這類機器人能進入人所不及、復(fù)雜多變的非結(jié)構(gòu)管道環(huán)境中，通過攜帶的無損檢測裝置和作業(yè)裝置，對工作中的油氣管逆進行在役檢測、清理、維護，以保障管逆的安全和暢

6、通無阻地工作。由于管道檢測機器人實施的是管道內(nèi)檢測技術(shù)，它還能夠方便地獲取、傳輸、存儲管進內(nèi)的視頻影像數(shù)據(jù)，作為分析判斷管道內(nèi)壁腐蝕狀祝、幾何形狀異常、堵塞、斷裂、泄漏的重要依據(jù)，并可利用機器人自身精確的定位系統(tǒng)對缺陷進行定位，通過攜帶的檢測裝置對關(guān)鍵部位實施進一步的定量檢測。這一技術(shù)特點，使得在對穿越河流、鐵路、道路的特殊管道或埋地管邁的重要部位進行有選擇的檢測時，管述檢測機器人具有獨特的優(yōu)勢。1.2 管道探傷機器人的技術(shù)發(fā)展自工業(yè)機器人問世以來，機器人的種類日益繁多、性能不斷改進、上作領(lǐng)域也在不斷擴大。從深海到宇宙空間，在各種人體所不能承受的極限環(huán)境條件一下都能找到機器人的應(yīng)用。管道機器人

7、的研制，開發(fā)與其他微電子機械系統(tǒng)一樣，涉及的而很廣，不僅需要新概念，新理論而且還需新材料，新工藝。已是真正機、電、光、磁等一體化的開始，因而機器人技術(shù)作為微電子機械技術(shù)的一個重要組成部分，為許多領(lǐng)域的應(yīng)用研究開拓了道路，是當(dāng)前世界上有極好前景的科技領(lǐng)域之一。對于那些人類無法進入的危險區(qū)域，如核動力工廠和石油化工廠的大量管道的探傷和維修都十分需要管道機器人。在這種情況下，研發(fā)一種切實可行的管道檢測設(shè)備已非常必要。近50年，德、美、英、加、俄、荷、日等國對長輸管道在役檢測技術(shù)進行了大量研究、試制、實用、改進工作。人們認識到超聲和國內(nèi)的管道在線檢測技術(shù)大部分也應(yīng)用了“管道豬”。近些年來，我國也開始對

8、帶自主動力的機器人進行研究。1.3管道檢測機器人的研究現(xiàn)狀近年來，隨著計算機技術(shù)的廣泛普及和應(yīng)用，國內(nèi)外檢測技術(shù)都得到了迅猛發(fā)展，管道檢測技術(shù)逐漸形成管道內(nèi)、外檢測兩個分枝。通常情況下，涂層破損、失效處下方的管道同樣受到腐蝕，管道外檢測技術(shù)的目的是在檢測涂層及陰極保護有效性的基礎(chǔ)上，通過挖坑檢測，達到檢測管體腐蝕缺陷的目的，對于日前大多數(shù)布局內(nèi)的管道是十分有效的。管道內(nèi)檢測技術(shù)主要用于發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)外腐蝕、局部變形及焊縫裂紋等缺陷，也可間接判斷涂層的完好性。 當(dāng)前我國管道的維護絕大多數(shù)情況下還是靠人工來完成。傳統(tǒng)的管道維護方式是依靠維修人員進入管道，用目測的方式檢杳管道的破損。但是在很多情況下，人

9、工檢測方式存在很多缺點，比如對于直徑較小的管道人無法進入，也就無法現(xiàn)其中的破損;管道內(nèi)環(huán)境惡劣，經(jīng)常充斥著大量對人體有害的氣體，給進入管道的維修人員帶來很大的安全威脅;人工檢測速度慢、效率低、需要投入大量的人力等等。 在人工檢測方式存在諸多缺點的情祝下，研發(fā)一種自動化的管道檢測設(shè)各成為國家發(fā)展的需要。在國外一些發(fā)達國家，管道檢測機器人已經(jīng)誕生并投入使用，已經(jīng)成為一個技術(shù)較為成熟、商品化的設(shè)各，但價錢昂貴。在我國，這方而的研究作起步較晚，這也是我國國情決定的，日前國內(nèi)還沒有成型的、商品化的產(chǎn)品問世從我國國情出發(fā)，隨著管道維護工作的不斷加強，無論從檢測的自動化和標(biāo)準(zhǔn)化考慮，還是從減輕工人勞動強度、

10、節(jié)省時間、擴大作業(yè)范圍考慮，研究一種可以自動檢測管道故障的機器人系統(tǒng)都具有重要的意義。2管道探傷機器人的整體概述管逆檢測機器人系統(tǒng)的總體設(shè)計直接影響到機器人的使用性能和工作效率等方面，需要以系統(tǒng)全面的觀點來進行綜合考慮，爭取以最少的周期、最低的成本達到規(guī)定的設(shè)計要求?？紤]到通信、能源供給的可靠性，本文的管道探傷式。系統(tǒng)的工作原理:將機器人放入管道后，通過計算機發(fā)出指令讓機器人在管進中以一定速度運行，這時超聲波傳感器發(fā)出信號井將返回信號通過無線傳播給管道外接收裝置，接收裝置用數(shù)據(jù)線與PC相連，PC實時接收數(shù)據(jù)并且擔(dān)任分析信號任務(wù)。這樣運行下去直到PC發(fā)出停止指令為止。機器人系統(tǒng)總體設(shè)計方案采用了

11、如圖1的無線式機器人設(shè)針方案。檢測系統(tǒng)主控系統(tǒng)牽引系統(tǒng)無線接收裝置PC無線傳送無線控制數(shù)據(jù)線圖1 機器人總體設(shè)計方案管道探傷機器人系統(tǒng)主要由移動系統(tǒng)、探傷系統(tǒng)、補漏系統(tǒng)，遙控系統(tǒng)等組成，下面對其作簡要概述。2.1移動控制系統(tǒng)概述 動力和運動是可以相互轉(zhuǎn)換的，從這個意義上來講，電動機是最常用的運動源:運功控制的最有效方式就是對運動源的控制。 電機控制技術(shù)采用微處理器等現(xiàn)代控制手段構(gòu)成的數(shù)宇控制系統(tǒng)已成為主流控制方法。各種電機的控制技術(shù)和微電子技術(shù)的結(jié)合正逐步使其發(fā)展成為門新的技術(shù)。由于有微處理器和傳感器作為新一代運動控制系統(tǒng)的組成部分，即該運動控制系統(tǒng)又稱智能運動控制系統(tǒng)。圖2 驅(qū)動部分整體結(jié)構(gòu)

12、2.2探傷系統(tǒng)概述 目前，在管道機器人探傷系統(tǒng)中，國外主要采用的蜂窩式檢測頭，其最多可載有500多個超聲探頭。各個超聲探頭直接向管壁發(fā)射寬頻超聲波，又直接接收反射波。這種機器人的內(nèi)部還設(shè)有擺錘及自動調(diào)節(jié)機構(gòu)，以免機器人在行進的過程中發(fā)生白身的偏轉(zhuǎn)，這種檢測方法叫靜態(tài)超聲波檢測。我們采用的是動態(tài)檢測，所謂動態(tài)檢測，就是探頭盤帶著若干個超聲頭在石油管遒內(nèi)隨石油的流動作旋轉(zhuǎn)探測。相比較而一言，動態(tài)檢測的優(yōu)點是:成本低，檢測全而，易于采用。圖3 探傷檢測部分結(jié)構(gòu)2.3補漏控制系統(tǒng)概述補漏系統(tǒng)主要是設(shè)計由步進電機驅(qū)動機械手的控制系統(tǒng)，提出一種上位機與單片機之間的通信協(xié)議，可力便地對機械手進行實時控制，利

13、用可編程計數(shù)器自動生成脈沖，實現(xiàn)了多個步進電機的同步控制，整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠。圖4 補漏系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)2.4遙控系統(tǒng)概述在機器人研究領(lǐng)域，常常涉及到遙控方案的研究.作為機器人的重要組成部分，遙控系統(tǒng)工作的可靠性直接關(guān)系到機器人研究的成敗。在目前的機器人遙控方案中，經(jīng)常采用無線電數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞絹韺崿F(xiàn)遙控功能。本文給出了基于PT2262/PT2272的機器人遙控系統(tǒng)的設(shè)計，該設(shè)計方案具有較高的可靠性和實用性。，單片機具有開發(fā)簡單、價格低廉等特點，非常適用于無線控制系統(tǒng)中。在該系統(tǒng)中，PT2262的功能是以4位一組的方式將已經(jīng)過單片機編碼的控制命令并行發(fā)送出去，PT2262把4位串行信號變?yōu)椴?/p>

14、行信號，這樣可以適當(dāng)協(xié)調(diào)硬件與軟件的復(fù)雜程度，從而著重于實現(xiàn)信號的無線傳輸，所以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。鍵盤單片機無線發(fā)送裝置驅(qū)動控制鍵盤單片機無線接收裝置 發(fā)射裝置 接收裝置圖5 遙控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3控制系統(tǒng)設(shè)計3.1運動控制系統(tǒng) 動力和運動是可以相互轉(zhuǎn)換的，從這個意義上來講，電動機是最常用的運動源，運動控制的最有效方式就是對運動源的控制。因此，一般通過對電機的控制來實現(xiàn)系統(tǒng)的運動控制。移動機器人的控制系統(tǒng)是機器人系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，對系統(tǒng)平穩(wěn)運行起著重要作用，有時可以作為一個簡單的控制制器。構(gòu)成機器人運動控制系統(tǒng)的要素有:計算機硬件系統(tǒng)及控制軟件、輸入/輸出設(shè)備、驅(qū)動器、傳感器系統(tǒng)，它們之間的關(guān)系如圖

15、6所示。 傳感器計算機硬件及控制軟件驅(qū)動器機器人本體I/O設(shè)備圖6 機器人控制系統(tǒng)構(gòu)成要素機器人驅(qū)動電機的選型在電動機執(zhí)行機構(gòu)中，有直流電機、交流電機、步進電機和直接驅(qū)動電機等實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動的電動機，以及實現(xiàn)直線運動的直線電機。目前在機器人的運動控制中，較為常用的電機有直流伺服電機、交流伺服電機和步進電機，步進電機作為一種新型的自動控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，得到越來越廣泛的應(yīng)用，進入了一些高、精、尖的控制領(lǐng)域。步進電機雖然有一些不足，如啟動頻率過高或負載過大時易出現(xiàn)失步或堵轉(zhuǎn)，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖，且一般無過載能力，行往需要選取有較大轉(zhuǎn)矩的電機來克服慣性力矩。但步進電機點位控制性能好，沒有累積誤差

16、，易于實現(xiàn)升環(huán)控制，能夠在負載力矩適當(dāng)?shù)臎r下，以較小的成本與復(fù)雜度來實現(xiàn)電機的同步控制。綜合考慮控制要求、成本等多方面因素，本系統(tǒng)選用步進電機作為驅(qū)動電機。運動控制實現(xiàn)方式目前，對電機控制系統(tǒng)方式主要有以模擬電路硬接線方式建立的運動控制系統(tǒng)，以微控制器為核心的運動控制系統(tǒng)和利用專用芯片控制的運動系統(tǒng)。由于本文設(shè)計的機器人趨于微型化，因此需控制系統(tǒng)集成度高，響應(yīng)快，可靠性高，通過對以上三種控制方式綜合比較，本系統(tǒng)采用專有芯片實現(xiàn)機器人移動控制。步進電機的驅(qū)動方式步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)框圖如圖7所示，它由需要控制電動機旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)速等的控制裝置、將來自控制裝置的信號轉(zhuǎn)換為脈沖的脈沖發(fā)生器以及對各繞組順

17、序分配脈沖電流的驅(qū)動電路等組成。 控制裝置 脈沖發(fā)生器 驅(qū)動電路 電動機圖7 驅(qū)動系統(tǒng)框圖驅(qū)動方式采用TD62803P集成芯片構(gòu)成的驅(qū)動電路。采用專用的脈沖分配器集成電路TD6280具有電路簡單，性能穩(wěn)定，容易控制等特點，時步進電機驅(qū)動控制核心。管腳功能如表所示。TD6280P是專門用于步進電機控制的脈沖分配器芯片，它具有步進電機控制器的多種功能的集成電路。由TD62803P集成芯片構(gòu)成的驅(qū)動電路如圖8所示。圖8 控制系統(tǒng)驅(qū)動電路3.2探傷系統(tǒng)控制超聲波探傷技術(shù)原理 管道檢測機器人采用旋轉(zhuǎn)超聲探頭對管進管壁厚度進行檢測。超聲波檢測是日前應(yīng)用最為廣泛的一種無損檢測方法，具有靈敏度高、穿透力強、探

18、傷靈活、效率高、成本低。在役石油管道的受蝕缺陷主要是管壁的受蝕減薄，用超聲檢測技術(shù)來探測管道壁厚的厚度最為簡便和直接，其檢測原理如圖9。圖9 超聲波探傷原理圖 驅(qū)動電路設(shè)計探傷系統(tǒng)的驅(qū)動電路設(shè)計中，最常用的是分立元件構(gòu)成的驅(qū)動電路和專用的混合集成驅(qū)動電路。分立元件構(gòu)成的驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適用于低頻小功率驅(qū)動， 因此，在本設(shè)計中，選用了電路結(jié)構(gòu)簡單，成本較低的分立元件驅(qū)動電路。電路原路圖如圖10所示:圖10 驅(qū)動原理圖3.3補漏系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計通過單片機控制步進電機實現(xiàn)機械手上卜升降、左右900旋轉(zhuǎn)、前后伸縮、夾緊松開等功能、由于在一些簡單的機械手應(yīng)用或教育機械手設(shè)備中，經(jīng)常采用步進電

19、機進行開環(huán)控制，以降低控制難度，節(jié)約成本，因此通過單片機控制步進電機驅(qū)動機械手的研究也較雖然由單片機控制步進電機的方案較多。本文主要研究了補漏系統(tǒng)的實時在線控制問題以及多個步進電機的同步控制問題,提出了一種上位機與單片機之間串口通信方案，根據(jù)其運動情況實時修改控制指令，改變其運動路徑;利用可編程計數(shù)器實現(xiàn)脈沖信號發(fā)生器的功能，從而可實現(xiàn)多個步進電機的同步控制，水平方向和垂直方向運動分別由兩個步進電機驅(qū)動,控制任務(wù)是上位機根據(jù)預(yù)定任務(wù)對補漏系統(tǒng)中末端執(zhí)行器的運動路徑進行規(guī)劃，并將末端執(zhí)行器的運動分解成兩個步進電機的運動。要設(shè)計其控制方案,首先由上位PC機向單片機發(fā)送控制指令代碼，通過單片機對代碼

20、的分析，還原出對步進電機轉(zhuǎn)動方向、速度、角度等參數(shù)的控制要求，然后由單片機向可編程計數(shù)器82C53T發(fā)送控制字，以改變82C53T產(chǎn)生脈沖的啟停或頻率，從而控制步進電機控制芯片L297產(chǎn)生的步進電機驅(qū)動脈沖信號，進而控制電機的啟停和速度，或者單片機直接控制L297以完成電機轉(zhuǎn)向、鎖定等仟務(wù)。其系統(tǒng)設(shè)計框圖如11所示。圖11 補漏系統(tǒng)設(shè)計框圖 為了解決單片機同時控制多個步進電機的問題，本文采用了在單片機與驅(qū)動芯片之間加載可編程計數(shù)器82C53T,這樣通過該計數(shù)器產(chǎn)生可控的多路脈沖，從而實現(xiàn)多個步進電機的同步控制,整個控制電路由1塊AT89C51, 1塊82C53T, 2塊L297, 2塊L298

21、N及相關(guān)電路組成，其中可編程計數(shù)器82C53T工作在工作方式通過單片機控制字的寫入產(chǎn)生連續(xù)的方波脈沖，再由該芯片的兩個輸出端OUT1和OUT2分別提供給兩組L297的CLOCk端,其中單片機與82C53T電路連接如圖12所示。圖12 脈沖生成電路由L297與L298N驅(qū)動器組成的步進電機控制電路具有以下優(yōu)點:使用元件少，組件的損耗低，可靠性高，體積小，軟件開發(fā)簡單，并且計算機(或單片機)硬件費用大大減少。相關(guān)驅(qū)動電路如圖13所示。 圖13 步進電機的驅(qū)動控制電路3.4遙控系統(tǒng)發(fā)射器的設(shè)計 基于PT2262-RF集成塊構(gòu)成的無線發(fā)送電路的原理圖如圖14所示。圖中芯片的VDD是通過按鍵接通后向PT

22、2262供電，電路由指令的產(chǎn)生、編碼和發(fā)送三個部分組成。無指令按鍵按下時，D5-DO數(shù)據(jù)輸入口又分別被R1-R6下拉電阻下拉,當(dāng)按下任一指令按鍵時，PT2262得電，且D5DO中與按下的鍵相連的那個引腳變?yōu)楦唠娖?，這時的數(shù)據(jù)碼就不再是000000該數(shù)據(jù)碼送芯2262中被編碼，其后，信號由Dout引腳送經(jīng)指令發(fā)送部分處理后，由天線發(fā)射出去。圖14 遙控發(fā)射機電路原理圖接收機的設(shè)計 遙控接收機是安裝在遙控裝置上用來接收無線電信號的。接收機一般由接收電路、放大電路、解調(diào)電路、指令譯碼電路、驅(qū)動電路和執(zhí)行電路幾部分組成。接收電路將發(fā)射器發(fā)射的已調(diào)制的編碼指令信號接收下來，并進行發(fā)大后送解調(diào)電路。解調(diào)電

23、路將以調(diào)制定編碼解調(diào)下來，即還原為編碼信號。指令譯碼器將編碼指令信號進行譯碼，最后由驅(qū)動電路來驅(qū)動執(zhí)行電路實現(xiàn)各種指令的操作。接收機一般都要與發(fā)射機配套使用，通常使用專用的電池組或使用12伏直流電源供電?；?272芯片組成的無線遙控接收電路的原理圖如圖15所示;接收機的電路分為三個部分，一是從空中接收到指令信號，井通過諧振電路將信號濾出:二是將濾出的信號，即解調(diào)出來的編碼信號進行前級放大，以保證輸入PT2272的信號幅度夠大;最后是指令信號的譯碼和輸出電路，該輸出和發(fā)射機的發(fā)射指令相對應(yīng)。接收機的8路輸出，分別作為驅(qū)動機器人移動的前進信號，后退信號，左轉(zhuǎn)彎信號、右轉(zhuǎn)彎信號。圖15 遙控接收機

24、電路原理圖因為遙控接收機要控制電機的正反轉(zhuǎn)，從而才能控制機器人的移動，所以有兩個H橋與接收機相連。首先，某一個行走指令，如前進，只能讓接收機的一路輸出引腳變?yōu)楦唠娖?但如果要讓機器人行走的話，要讓兩個電機同時工作，最簡便的辦法是用有2對常開觸點的繼電器來控制。其次，接收機和單片機的輸出電流相對較小。所以在控制H橋的控制端時要有一個放大環(huán)節(jié)。我們利用驅(qū)動芯片ULN2003AN進行信號的放大。完整的電機驅(qū)動與控制硬件設(shè)計整個電路的驅(qū)動與控制包括了遙控接收機、H橋及其兩者接口等電路。其中驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn)控制電路選用的繼電器含有2對常開常閉觸頭，而且圖中有4個繼電器，用來控制4個驅(qū)動電機，從而能實現(xiàn)前進

25、、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)以及過溝功能。圖16 驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn)控制電路4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計控制系統(tǒng)軟件部分主要是對機器人移動過程中轉(zhuǎn)向控制及位置控制的程序設(shè)計。4.1 轉(zhuǎn)向控制程序設(shè)計為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的調(diào)節(jié)，我們采用以下的流程圖編程。流程圖如圖4-1所示首先需要啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809，然后將轉(zhuǎn)換好的數(shù)字信號傳給P0口，再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換，為了能夠準(zhǔn)確的控制電機，必須在下一次模數(shù)轉(zhuǎn)換前對其進行延時。否則，此控制系統(tǒng)就不會具有穩(wěn)定性。改變p1.0狀態(tài) 退出 停機P1.0=1?YYN正轉(zhuǎn)？N絕對位置加1 絕對位置減1 Y步數(shù)=0?Y 停機N 步數(shù)減1步數(shù)=0?報警YN 重裝定時常數(shù)圖17 轉(zhuǎn)向控制流程圖4.2

26、位置控制程序設(shè)計通過驅(qū)動器上自帶的光電碼盤，能夠讀出機器人行走發(fā)出的脈沖，只需將脈沖數(shù)記下就可以夠了解機器人走過的路程，從而準(zhǔn)確的了解機器人在一段時間后的準(zhǔn)確位置。 開始 賦計數(shù)器初值 啟動計數(shù)器 延時計數(shù) 送計數(shù)器值給寄存器 延時1ms 十六進制轉(zhuǎn)化為BCD碼 輸出BCD碼是否輸完YNY 是否終止NY 結(jié)束圖18 位置控制流程圖具體程序見附錄5經(jīng)濟性分析報告 微型機電系統(tǒng)是一個新興的技術(shù)領(lǐng)域，微型機電系統(tǒng)在工業(yè)、信息處理和通訊、航空航天、航海、醫(yī)學(xué)和生物工程、農(nóng)業(yè)和家庭服務(wù)等領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用前景。 美國國家自然科學(xué)草金會從1988年起，每年投入200-300萬美元資助MEMS的基礎(chǔ)研究

27、，近年又增至每年800-1500萬美元:美國國防部從1992年起，撥款支MEMS的研究，1995年的資助額為30萬美元;而在1995年，美國工業(yè)界對MEMS的研究開發(fā)費估計為1.2億美元。日本通過產(chǎn)省從1991年起實施“微機械技術(shù)十年計劃”，分為基礎(chǔ)研究中間評價和系統(tǒng)化技術(shù)三個階段，并于1992年組建了“微機械研究中心”來負責(zé)組織管理和規(guī)劃研究，該計劃總投資250億日元。四歐的一些國家對MEMS的研究總投入超過4000萬美元。在歐洲，除了日本外，韓國、新加坡、馬來四亞和臺灣地區(qū)都相繼制定了MEMS的研究開發(fā)計劃。在這篇文章中由于我們所設(shè)計的微型管道機器人受到50 mm管徑的限制，所以機器人的各

28、個部件都需要特制的。這樣比一般的機械設(shè)計需要更多的資金入。6結(jié)論 本文設(shè)計了一種新型的被動式石油管道檢測機器人，闡述了其工作原理，著重介紹了能夠在那些人類無法進入的危險區(qū)域，如石油化工廠，航天飛機、核動力工廠等管道從事檢測和探傷作業(yè)的電磁驅(qū)動式微管道機器人的機械機構(gòu)設(shè)計、工作原理及其智能控制系統(tǒng)的設(shè)計等等。 其設(shè)計的行進速度為20m/min，能夠在直徑為300mm-400mm的管道內(nèi)正常工作，測厚精度約為0. 3mm，檢測距離大于l0km，耐壓8MPa，在輸油管道的無損檢測中其有良好的應(yīng)用前景。但是，實際中石油管道的環(huán)境是復(fù)雜多樣的，如石油的沉淀，雜質(zhì)，三通、四通管道等，因此，對在石油管道的惡

29、劣環(huán)境中檢測的機器人穩(wěn)定性和可靠性的研究是今后要重點解決的問題。參考文獻1劉強，王樹立，趙書華等.油氣儲運行業(yè)管道機器人發(fā)展現(xiàn)狀與展望,2006（6）:24-262何仁洋，孫敬清.理地燃氣管道綜合檢驗檢測技術(shù)研究.管道技術(shù)與設(shè)備，2003(4):31-333劉斌.管內(nèi)移動機器人扮制系統(tǒng)的研究D.天津:天津大學(xué)，2000,(1):7-94劉大維，彭商賢，龔進峰.地下管道檢測移動機器人的發(fā)展現(xiàn)狀J.吉林工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1998, (1):109-1125甘小明，徐濱士，董世運等.管道機人的發(fā)展現(xiàn)狀J.機器人技術(shù)及應(yīng)用，2003, (6): 5-106李元宗，史貴柱，武利生.管內(nèi)步伐式行走機器人J.機

30、器人，1998, (5):37-427王曉明.電動機的單片機控制J.北京航空航大大學(xué)出版社，2005(5):5-98鄧宗全，王杰，劉福利等.直進式全驅(qū)管內(nèi)行走機構(gòu)的研究J.機器人，1995, 17(2):121-1229王卓軍，張曉華，陳宏均.基于視覺的管內(nèi)作業(yè)機器人設(shè)計與實現(xiàn)J.基礎(chǔ)自動化，1997(1):53-5510周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程J.北京:北京航空航大大學(xué)出版社，2005(3):33-4111譚建成.電機拄制專用集成電路J.北京:機械工業(yè)出版社，2002,(2):3-912王曉明.電動機的單片機控制J.北京航空航大大學(xué)出版社，2005,(1):47-6613何立民，單片機高級教程J.北京:北京航空航大人學(xué)出版社，2000,(3):79-83致謝本文是在楊天明老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從畢業(yè)設(shè)計題目的選擇、到選到課題的研究和論證，