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）进度安排阶段阶段内容起止时间前期毕业实习、调研、收集有关资料、翻译文献3月10日前中期系统总体方案设计，总体布局与结构结构设计、行走方式确定、传感检测方案设计、传感检测功能装置选型与设计平台、检测系统原理设计及软件设计与调试3月11日至5月10日后期编写设计说明书5月11日至6月4日答辩准备检查整理相关资料，准备答辩6月5、6日答辩毕业答辩6月7、8日答辩指导教师（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。主要完成了管道检测作业机器人的总体设计，包括机器人行走机构、管道内部行走驱动控制与里程轮定位、管道裂纹超声波检测等方案的确定，对管道机器人机械本体、里程轮自适应机构、行走机构球铰式万向联轴器等进行了具体设计，建立了管道机器人系统动力学建模，并进行了虚拟样机仿真。所设计的管道检测作业机器人总体方案正确，结构合理。设计图纸图面清晰、整洁，布局较合理，视图表达完整，符合国家标准。毕业设计说明书结构严密，条理性较强，写作格式符合规范，文档齐全。该同学考虑问题比较全面，具有较好的综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，以及较强的独立设计能力。同时，在毕业设计过程中尊师守纪，虚心好学，团结同学，乐于助人，体现了较好的协作精神。XXX同学较好地完成了毕业设计任务，达到了本科毕业设计的要求，可以提交答辩。建议成绩：良指导教师：年月日中南大学毕业论文（设计）成绩评定表（二）论文（设计）评阅人评语XXX同学选题正确，既符合专业培养目标，又密切结合科研工作，选题具有先进性。设计的管道检测机器人总体设计方案合理，所设计的管道机器人里程轮自适应机构、行走机构球铰式万向联轴器等机械本体结构正确，布局合理，通过管道机器人系统动力学建模与虚拟样机仿真分析，验证了总体设计方案的合理性。考虑问题比较全面。图纸齐全、整洁，图面质量较好，符合规范。毕业设计说明书内容齐全，概念清楚，分析问题、解决问题的能力比较强。XXX同学全面完成了毕业设计任务，符合毕业设计要求，可以提交毕业答辩。论文（设计）建议成绩：良评阅人年月日中南大学毕业论文（设计）成绩评定表（三）答辩意见毕业设计答辩过程中，报告毕业设计工作条理较为清晰，重点较为突出，概念比较清楚，内容较完备。对所提问题较能正确回答。答辩成绩：良答辩委员会（小组）负责人年月日学院领导小组审查意见：成绩评定：负责人：年月日中南大学本科毕业论文目录目录摘要…………………………………………………………………………………………………ⅠABSTRACT……………………………………………………………………………………………Ⅱ第1章绪论…………………………………………………………………………………………11.1研制管道检测作业机器人的背景和意义………………………………………………11.2国内外管道检测作业机器人的研究现状和发展趋势…………………………………41.2.1几种主要类型的管道检测机器人…………………………………………………41.2.2石油管道腐蚀检测技术现状………………………………………………………81.2.3管道检测机器人的发展趋势……………………………………………………101.3本课题研究思路与主要内容…………………………………………………………121.4本章小结………………………………………………………………………………13第2章管道检测作业机器人的总体方案设计…………………………………………………142.1管道检测作业机器人总体设计方案……………………………………………………142.1.1管道检测作业机器人总体方案要求的提出……………………………………142.1.2管道检测作业机器人总体方案的比较…………………………………………142.2管道检测作业机器人总体方案的组成…………………………………………………172.2.1管道检测作业机器人里程轮定位系统…………………………………………182.2.2管道检测作业机器人行走机构…………………………………………………192.2.3管道检测作业机器人检测控制系统……………………………………………212.3本章小结…………………………………………………………………………………22第3章管道检测作业机器人的机械本体设计…………………………………………………233.1机械本体的结构设计……………………………………………………………………233.2里程轮工作原理…………………………………………………………………………243.3里程轮系统的结构设计…………………………………………………………………26中南大学本科毕业论文目录3.3.1里程轮系统的总体结构…………………………………………………………273.3.2超声波检测系统驱动电机的选择………………………………………………283.3.3里程轮系统箱体的结构设计……………………………………………………283.4里程轮系统各零件的参数设计与验算…………………………………………………293.4.1里程轮的结构设计………………………………………………………………303.4.2里程轮用螺纹轴结构设计与验算………………………………………………333.4.3里程轮平键连接强度计算与验算………………………………………………373.4.4管道检测机器人自适应压缩弹簧的设计校核…………………………………393.5超声波系统、里程轮系统的联轴器选择及万向联轴器的选择………………………433.6本章小结…………………………………………………………………………………44第4章基于ADAMS与SolidWorks的管道机器人联合仿真……………………………………454.1管道检测作业机器人的SolidWorks建模………………………………………………454.2管道检测作业机器人的ADAMS虚拟样机建立…………………………………………464.3管道检测作业机器人的ADAMS仿真与结果分析………………………………………484.4本章小结…………………………………………………………………………………49第5章结论………………………………………………………………………………………50致谢……………………………………………………………………………………………51参考文献……………………………………………………………………………………………52附录Ⅰ工程图清单………………………………………………………………………………53附录Ⅱ英文翻译…………………………………………………………………………………54附录Ⅲ英文翻译原文……………………………………………………………………………63中南大学本科毕业论文摘要I摘要管道是输送石油、天然气等介质的最经济手段，但石油输油管道受蚀后，管壁变薄，容易产生裂缝，造成漏油的问题。我国大量的油气输送管道分布在人口较稠密的地区，一旦发生腐蚀泄漏事故，其后果不堪设想。本文设计了一种新型石油管道检测机器人，分析了其总体机械结构、检测原理及方法，讨论了检测机器人在管道中的定位问题和能源系统。为了提高机器人的稳定性和灵活性，通过万向节的设计保证了机器人能够顺利通过曲率半径为600mm的弯道；对检测机器人在管道中的运动特性和行走阻力进行了分析；在此基础上提出了动态超声波扫描的检测方法，提高了检测的效率，能够满足实际的需要。设计了检测机器人的控制系统，进行了相关的硬件选型、电路设计和软件设计。硬件设计包括里程轮信号采集、超声信号采集模块、电机控制模块以及时钟、存储器以及通讯接口等外围电路；最后在SolidWorks2007环境下对管道检测作业机器人进行了三维建模，并在ADAMS环境下对机器人进行了运动学和动力学仿真，对管道检测机器人的后期研制具有至关重要的意义。关键词：管道机器人；里程轮定位；管道自适应；超声波检测中南大学本科毕业论文ABSTRACTIIABSTRACTPipelinesprovidethemostefficientmeansofcarryingoilandgas.Butthefailuresareoftenoccurredbyinternalcorrosioninpipeline.Whenoilpipelineswerecorroded,theirwallswouldbecomethinandresultincracksandoilleak.Oncetheleakshappened,thedamagesaremoreseriousbecausemostofthemareindenselypopulatedareas.Thispaperistodesignanadaptiveoilpipeinspectionrobotwithcrackpositioningsystemandenergysystemsinpipelinesandanalyzeitsmachinestructureaswellasinspectionprincipleandmethod.Firstly,theoverallstructureofpipeinspectionrobotwithwheelflexingmechanismtoadapttothechangeofpipediameterandtheuniversaljointsfortherobottosuccessfullypassth