燃?xì)夤艿纼?nèi)部缺陷智能檢測(cè)器的設(shè)計(jì).doc

哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文摘要本課題來源于實(shí)際科研項(xiàng)目燃?xì)夤艿纼?nèi)部缺陷智能檢測(cè)器的設(shè)計(jì)，并為其子項(xiàng)目之一。管道內(nèi)部缺陷檢測(cè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)涉及電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、模式識(shí)別、探傷、管道等。目前，管道無損檢測(cè)的方法很多，利用漏磁管道檢測(cè)的方法通用性廣，本課題因此應(yīng)運(yùn)而生。本課題利用實(shí)驗(yàn)室環(huán)境建立管道模型，進(jìn)行運(yùn)載體管道定位技術(shù)研究，完成運(yùn)行體及檢測(cè)電路設(shè)計(jì)。第一章緒論介紹課題的背景意義，國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。第二章說明管道檢測(cè)的基本原理及對(duì)缺陷漏磁場(chǎng)分析出的三種理論模型，并列舉漏磁場(chǎng)的三個(gè)影響因素。第三章說明了霍爾傳感器功能及應(yīng)用，并進(jìn)行硬件電路的的設(shè)計(jì)。第四章簡(jiǎn)要說明了運(yùn)載體管內(nèi)定位方法，并進(jìn)行運(yùn)載體的外形設(shè)計(jì)。通過本課題的研究，自己對(duì)管道漏磁檢測(cè)有了更為深入的理解，對(duì)管道定位技術(shù)有了新的認(rèn)識(shí)，自己解決問題的能力也得到了提高。關(guān)鍵詞：管道機(jī)器人；漏磁檢測(cè)；霍爾傳感器；定位技術(shù)；運(yùn)載體設(shè)計(jì)哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文ABSTRACTThepaperstemsfromoneofsub-projectsoftheactualscientificresearchproject-gaspipelineofinternaldefectsinthedesignofintelligentdetector.Thedesignofpipelineinternaldefectinspectionrobotisinvolvedinelectronics,computer,informationprocessing,patternrecognition,flawdetection,pipeandother.Atpresent,therearealotofpipelinenon-destructivetestingmethods.Magneticfluxleakagepipelineinspectionisusedwidely,thesubjectthuscomesintobeing.Thepipemodelwasestablishedbasedonlaboratoryenvironment,throughtheresearchofpipelinecarrierpositioningtechnology,thepapercompleteddetectioncircuitoperationanddesignofbody.InthispaperChapterIintroducesthebackgroundandsignificationoftheinspection,andthedevelopmentoftheprojectathomeandabroad.ChapterIIintroducestothebasicprinciplesofpipelineinspectionandthreetheoreticalmodelsofdetectionanalysisofleakagemagneticfield,andliststhethreemagneticfieldleakagefactor.ThethirdchapterdescribesthefunctionandapplicationofHallsensorandthedesignofhardwarecircuits.ChapterIVprovidesabriefdescriptionaboutthetransportertubepositioningmethods,anddesignmethodofthecarrierisgiven.Throughthestudyofthesubject,basicunderstandingtopipelinemagneticfluxleakagetestingtechniquecanbegiventome,andabilitytosolveactualproblemalsohasbeenimproved.Keywords:pipelinerobot；magneticfluxleakagetesting；hallsensor；positioningtechnology；carrierdesign哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文目錄第1章緒論11.1課題的背景及意義11.2管道機(jī)器人的發(fā)展概況31.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀41.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀61.3課題的主要工作7第2章漏磁檢測(cè)的理論分析82.1管道漏磁檢測(cè)原理82.1.1管道漏磁檢測(cè)基本原理82.1.2管道檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)102.2缺陷漏磁場(chǎng)分析122.2.1點(diǎn)偶極子模型132.2.2帶偶極子模型142.2.3面偶極子模型172.3缺陷漏磁場(chǎng)的有限元分析172.4漏磁場(chǎng)的影響因素192.4.1磁化場(chǎng)對(duì)漏磁場(chǎng)的影響192.4.2缺陷方向、大小和位置對(duì)漏磁場(chǎng)的影響192.4.3工件材質(zhì)及工況對(duì)漏磁場(chǎng)的影響202.5本章小結(jié)20第3章基于霍爾傳感器的數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)213.1霍爾傳感器及其應(yīng)用213.1.1霍爾效應(yīng)和霍爾元件213.1.2霍爾傳感器典型應(yīng)用電路253.2基于霍爾傳感器的漏磁檢測(cè)電路設(shè)計(jì)283.2.1霍爾傳感器的選擇28哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文3.2.2硬件電路具體設(shè)計(jì)與調(diào)試313.3本章小結(jié)32第4章運(yùn)載體定位方法研究及外形設(shè)計(jì)334.1運(yùn)載體定位方法研究334.1.1視覺傳感器方法334.1.2低頻電磁波方法及應(yīng)用344.1.3計(jì)程輪方法354.2計(jì)程輪的應(yīng)用設(shè)計(jì)354.2.1里程電路組成的部件霍爾開關(guān)364.2.2里程電路的計(jì)數(shù)器原理374.2.3位置誤差校正方法374.3運(yùn)載體外形設(shè)計(jì)384.3.1鋼管選擇384.3.2磁鐵選擇394.3.3導(dǎo)磁體選擇404.3.4運(yùn)載體結(jié)構(gòu)整體計(jì)算414.4本章小結(jié)43結(jié)論44參考文獻(xiàn)45致謝48哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文1第1章緒論1.1課題的背景及意義機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，具備一些與人或生物相似的能力，如感知、規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)作能力的協(xié)作等，機(jī)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(jī)器人問世以來，隨著社會(huì)的進(jìn)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)科迅速發(fā)展的支持下，機(jī)器人的種類日益繁多，性能不斷地改進(jìn)，工作領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)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(jī)器人的應(yīng)用?？梢哉f，現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人的范疇，逐步轉(zhuǎn)向應(yīng)用于各種特殊工況的特種機(jī)器人技術(shù)。特種機(jī)器人工作于非結(jié)構(gòu)環(huán)境中，即工作無法在事先布置好的條件下進(jìn)行，而且在工作進(jìn)行過程中環(huán)境或工作的內(nèi)容可能隨時(shí)發(fā)生變化。開發(fā)非結(jié)構(gòu)環(huán)境下工作的特種機(jī)器人，使人脫離危險(xiǎn)作業(yè)的生產(chǎn)第一線，減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度，是機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)必然方向。目前國際上特種機(jī)器人技術(shù)的研究和開發(fā)非?；钴S。在研究和開發(fā)的過程中，人們逐步認(rèn)識(shí)到特種機(jī)器人技術(shù)的本質(zhì)是感知、決策、行動(dòng)和交互四大技術(shù)的結(jié)合。隨著人們對(duì)特種機(jī)器人智能化本質(zhì)認(rèn)識(shí)的加深，特種機(jī)器人技術(shù)開始源源不斷地向人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域滲透。特種機(jī)器人的新機(jī)構(gòu)、新結(jié)構(gòu)、新傳感器和新型伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)和先進(jìn)的控制算法、控制策略的研究已經(jīng)成為機(jī)器人研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。管道運(yùn)輸乃當(dāng)今五大運(yùn)輸手段之一，在石油化工城市輸水與供熱核工業(yè)等部門都用到了大量金屬和非金屬管道。由于許多管道的工作環(huán)境非常惡劣容易發(fā)生腐蝕、疲勞破壞或使管道內(nèi)部潛在缺陷發(fā)展成破損而引起泄漏事故等。為提高管道運(yùn)輸?shù)目煽啃院褪褂脡勖?，在重要的管道施工中都要求?duì)管道進(jìn)行管內(nèi)防腐、噴漆、補(bǔ)口、檢測(cè)、探傷、管內(nèi)加工等作業(yè)。管道內(nèi)部檢測(cè)極其困難，用傳統(tǒng)的開挖方法進(jìn)行地下管道檢測(cè)往往是一項(xiàng)巨大的工程。哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文2而使用管道機(jī)器人檢測(cè)管道可以消除由于管道泄漏而產(chǎn)生的不安全隱患，保障人民生活及財(cái)產(chǎn)安全并大量減少在役煤氣管道的提前報(bào)廢，延長(zhǎng)在役管道的壽命，為國家節(jié)約了大量資金以及大幅度減少維護(hù)管道開挖面積及長(zhǎng)度，大大降低了管道維護(hù)成本，減少城市污染保護(hù)城市環(huán)境衛(wèi)生，減少了由于開挖而產(chǎn)生的城市道路交通的阻塞，為此世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都競(jìng)相開展了管道檢測(cè)機(jī)器人的研究。我國油氣管道大多是在6070年代建設(shè)的迄今僅在役的長(zhǎng)輸管線已逾1.7萬公里正面臨管道進(jìn)入中老齡期處于事故多發(fā)階段油氣管道的檢測(cè)和評(píng)價(jià)的需求已日趨迫切，我國的天然氣儲(chǔ)量主要分布于中西部地區(qū)和近海海域，因此管道輸送仍將是我國燃?xì)鈧魉偷闹饕侄巍９艿罊z測(cè)機(jī)器人是針對(duì)油、氣等輸送管道的檢測(cè)、噴涂、接口焊接、異物清理等維護(hù)檢修作業(yè)所研制的一種特種機(jī)器人，它綜合了智能移動(dòng)載體技術(shù)和管道缺陷無損檢測(cè)技術(shù)。這類機(jī)器人能進(jìn)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(cè)裝置和作業(yè)裝置，對(duì)工作中的油氣管道進(jìn)行在役檢測(cè)、清理、維護(hù)，以保障管道的安全和暢通無阻地工作。由于管道檢測(cè)機(jī)器人實(shí)施的是管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)，它還能夠方便地獲取、傳輸、存儲(chǔ)管道內(nèi)的視頻影像數(shù)據(jù)，作為分析判斷管道內(nèi)壁腐蝕狀況、幾何形狀異常、堵塞、斷裂、泄漏的重要依據(jù)，并可利用機(jī)器人自身精確的定位系統(tǒng)對(duì)缺陷進(jìn)行定位，通過攜帶的檢測(cè)裝置對(duì)關(guān)鍵部位實(shí)施進(jìn)一步的定量檢測(cè)。這一技術(shù)特點(diǎn)，使得在對(duì)穿越河流、鐵路、道路的特殊管道或埋地管道的重要部位進(jìn)行有選擇的檢測(cè)時(shí)，管道檢測(cè)機(jī)器人具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)因此，與管外檢測(cè)技術(shù)相比，管道檢測(cè)機(jī)器人技術(shù)在管道安全管理工程中具有不可替代的作用，是管外檢測(cè)技術(shù)的重要補(bǔ)充1。綜上所述，管道檢測(cè)機(jī)器人的研究為管道的檢測(cè)、維護(hù)提供了新的技術(shù)手段，改變了傳統(tǒng)管道開挖抽檢的單一模式。這種檢測(cè)技術(shù)提高了管道檢側(cè)的準(zhǔn)確性，便于管道工程管理維護(hù)人員分析了解管道缺陷產(chǎn)生的原因，開展對(duì)缺陷的評(píng)估，制訂管道維護(hù)方案，消除管道安全隱患，在事故發(fā)生前就有計(jì)劃地維修或更換管段，從而節(jié)約大量的維修費(fèi)用，降低管道維護(hù)成本，保哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文3障人民生活及財(cái)產(chǎn)安全，減少有毒氣體或液體泄漏造成的環(huán)境污染。因此，開展管道檢測(cè)機(jī)器人的研究具有重要的科學(xué)意義和明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。目前，管道檢測(cè)機(jī)器人的研究得到了世界各國的高度重視，也得到了我們國家部委和相關(guān)行業(yè)的重視。大量的管道檢測(cè)維護(hù)需求為管道檢測(cè)機(jī)器人的研究開發(fā)和應(yīng)用提供了廣闊的市場(chǎng)空間，將逐漸成為一項(xiàng)十分巨大的產(chǎn)業(yè)工程。因此，管道機(jī)器人的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。在我國國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃先進(jìn)制造與自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域機(jī)器人技術(shù)主題中，就將管道作業(yè)機(jī)器人及應(yīng)用作為發(fā)展重點(diǎn)。1.2管道機(jī)器人的發(fā)展概況20世紀(jì)70年代以來，石油、化工、天然氣及核工業(yè)等產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，各種管道作為一種重要的物料輸送設(shè)施，得到了廣泛應(yīng)用。由于腐蝕、重壓等作用，管道不可避免地會(huì)出現(xiàn)裂紋、漏孔等現(xiàn)象。而管道所處的環(huán)境往往是人們不易或不能直接接觸的，因此，對(duì)于管道的檢測(cè)和維護(hù)，成了工業(yè)生產(chǎn)中的一道難題。傳統(tǒng)的管道檢測(cè)方法有全面挖掘法、隨機(jī)抽樣法等，這些方法均存在工程量大、準(zhǔn)確率低等缺點(diǎn)。目前，管道的檢測(cè)和維護(hù)多采用管道機(jī)器人來進(jìn)行。管道機(jī)器人是一種可沿管道內(nèi)壁行走的機(jī)械，它可以攜帶一種或多種傳感器及操作