| 摘要：目前研制的机器人很多是针 对特定管径的，如果管径发生了 变化，就必须重新购买，造成使 用和维护成本的增加，本文对管 道机器人进行深入开发和技术改 造，使之能够满足管径变化的需 求，设计了一种管道机器人自适 应管径的控制系统, 采用丝杠螺 母作为机构的调节方式, 以及控 制系统的设计， 设计的调节机构 能适应管径变化, 也能保持机器 人牵引力稳定。 【关键词】机器人 自适应管径 控制系统 在油气运输中，管道作为一种输送设备， 被广泛使用，并且在社会生产中占有越来越重 要的地位。在使用过程中，容易出现管道的腐 蚀，生锈，而且管道一旦发生事故，会造成巨 大经济损失，同时也会对社会和环境造成严重 的后果。目前研制的机器人很多是针对特定管 径的，如果管径发生了变化，就必须重新购买 新的机器人，造成使用和维护成本的增加，我 们对管道机器人进行深入开发和技术改造，使 之能够成为一种实用高效的产品，满足管径变 化的需求，使之能在一定管径范围内工作，从 而降低维护成本。 1 管道机器人总体结构设计 管道机器人在操作人员的遥控操作或计 算机的自动控制下，能够完成管内质量检测, 焊缝检测处理；使用过程中焊缝情况、表面腐 蚀、裂缝破损等故障诊断；恶劣环境下管道喷 涂、抛光等维护。基本结构为：机器人本体结 构（车架）、行走机构（轮腿）、工作机构， 对焊缝的处理内容包括两个部分分别是打磨部 分和喷涂部分，如图1 所示。 2 管道机器人自适应管径控制系统控制 策略 管道机器人自适应管径机构为滚珠丝杠 副调节机构，其工作原理如图2 所示。 通过调节电机的正反转达到车轮撑开或 者紧缩以达到适应不同的管径的目的。力传感 器间接检测驱动车轮和管道内壁之间的压力， 保证管道机器人以稳定的压紧力撑紧在管道内 壁上，使机器人具有充足且稳定的牵引力，图 3 是压紧力控制框图。 调节机构中选用的压力传感器为FUTEK 公司生产的型号为FSH00859 的力传感器，该 传感器的量程为0 到4448N，能够很好的满足 滚珠丝杠上的压力测量，如图4 所示。 接线表如表1 所示。 以管径为400mm 时为例，列出自适应管 径控制系统的流程图，如图5 所示。 3 管道机器人自适应管径控制系统PLC接 线图 如图6 所示， 4 管道机器人自适应管径控制系统控制 程序设计 如图7 所示， 程序中采用积分定时器 T249 为脉冲发生器，设定值为K10，定时为 10ms，步进电机可获得100 步/s 的速度。 5 结束语 本文提出的石油管道焊缝防腐机器人自 适应管径系统控制系统的设计，实现了机器人 在不同管径的管道作业要求，并且该系统开发 简单、控制灵活，有一定的推广价值。 参考文献 [1] 徐小云, 颜国正, 鄢波. 一种新型管道机 器人系统[J]. 上海交通大学学报,2004. [2] 王子文. PLC 技术应用项目教程[M]. 北 京: 北京科学技术出版社,2010.3. [3] 王晓明. 电动机的DSP 控制[M]. 第二版, 北京: 北京航空航天大学出版社,2009,8. [4] 徐小云, 颜国正. 管道机器人适应不同管 径的三种调节机构的比较 [J]. 光学精密 工程,2004(1):60-65. [5] 陆麟, 章亚男. 适应管径变化的管道机器 人[J]. 机械设计,2007(1):23-28. [6] 孙康岭, 徐遵义, 杨兆伟. 中央空调风管 清洗机器人自适应调节机构的研究[J]. 机械传动, 2010(8):16-21. [7] 张详坡, 尚建忠, 罗自荣. 管道机器人支 撑臂小角度展开过程建模与分析[J]. 机 械设计与研究,2008(6). [8] 徐从启, 戴一帆. 微小管道机器人适应不 同管径的3 种调节机构的力学分析[J]. 机械科学与技术,2008(10). [9] 徐小云, 颜国正. 油/ 气管道检测机器人 [J]. 上海交通大学学报,2003(11);36-38. 作者简介 王庆红（1978-），女，新疆维吾尔自治区库 尔勒市人。现为河北联合大学研究生院在读研 究生，巴音郭楞职业技术学院讲师，主要从事 自动控制领域方面的研究。 作者单位 1. 河北联合大学研究生院 河北省唐山市 063000 2. 巴音郭楞职业技术学院 新疆维吾尔自治 区库尔勒市 841001 3. 中国油田塔里木油田公司 新疆维吾尔自 治区库尔勒市 841001 |
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