基于DSP的管道探损清洁机器人运动控制设计

论文总字数：17067字

摘 要

为了提高管道的寿命，防止管道因为腐蚀、疲劳等产生的泄露事故，对管道进行定期的检测和维护是必要的。管道机器人可以进入人所不及的复杂管道，携带传感检测装置和作业装置，为管道完成检测、清洁和维护等任务。对于管道机器人来说，最关键的技术主要是：管道的无损检测技术以及运动能力、自主导航能力。

本文完成了管径300~400可调管道机器人运动控制系统的设计及检测方案设计。其主控制器采用DSP28335系列芯片，外加驱驱动到动力电机以带动机器人旋转行走模式的控制，并可实现机器人在不同弯道中行走，包括T形弯和L形弯；检测部分主要采用CCD。最后本文完成了软件设计，实现机器人行走模式的控制。

关键词：管道机器人；DSP；检测；行走模式

Pipe out caustic cleaning robot based on DSP motion control design

Abstract

In order to improve the service life of pipeline, prevent the pipeline for corrosion and fatigue of spill, conduct regular testing and maintenance of the pipes is necessary.Pipeline robot can enter the people less complicated pipeline, carrying sensor detection device and working device, clean and complete for pipeline detection and maintenance of the task.The key techniques for pipeline robot, mainly: nondestructive testing technology of pipeline and athletic ability, the ability of autonomous navigation.
This paper completed the diameter of 300 ~ 400 adjustable pipeline robot motion control system design and test scheme design.Its main controller USES DSP28335 series chips, plus drive drive motor to drive the robot to walk mode control, and can realize the robot walking in different corners, including T bending and L;Detection part mainly adopts CCD.Finally completed the software design, this paper realize the control of robot walking pattern.

Keywords: Pipeline robot; Detection; detection；Walking pattern

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 管道机器人概况 1

1.1.1 自驱动式 1

1.1.2 流体压力式 2

1.1.3 尾部弹性杆推力式 2

1.2 探损检测技术 3

1.2.1 超声波探损技术 3

1.2.2 电磁管道探损技术 3

1.2.3 压力管道探损技术 3

1.2.4 视觉管道探损技术 3

1.3 本文的主要任务与意义 4

第二章 总体方案设计 5

2.1 机器人结构 5

2.2 机器人运动模式 5

2.2.1转动部分设计 5

2.2.2动力部分 6

2.2.3 转向部分 6

2.3 电机的选择 7

2.3.1 电机介绍 7

2.3.1 直流电机选型 8

2.3.2 云台无刷电机选型 8

2.4 控制系统总体设计 8

第三章 硬件电路设计 10

3.1 总体方案 10

3.2 MUC选择 10

3.2.1 传统51单片机以及STC 51单片机 10

3.2.2 ARM系列单片机 10

3.2.3 MSP430单片机 10

3.2.4 TMS单片机 10

3.2.5 单片机选择 11

3.2.6 DSP28335的性能简介 11

3.3 电机驱动电路模块设计 12

3.3.1 PWM调速直流电机驱动电路设计 12

3.3.2 云台无刷电机驱动电路设计 13

3.4 检测设备模块设计 13

3.4.1 CCD视觉检测 14

3.4.2 超声波检测 14

3.5 数码显示模块设计 14

3.6 手动按键模块设计 15

3.7 电路原理总图 15

第四章 实验平台的搭建及实验研究 16

4.1 实验平台搭建 16

4.2 软件设计 16

4.2.1相关程序 17

第五章 总结与展望 20

致 谢 21

参考文献 22

附录1：电路原理总图 23

1. 绪论

1.1 管道机器人概况

管道机器人是一类集多类传感装置和运动机构（视频装置、焊接装置、清理装置、防腐喷漆装置、机械手、CCD传感器、超声波传感器等）一身的机器人。管道机器人作业时通过操作员远距离的遥控来控制完成管道下一系列的清理维系等工作，是一种新型的自动化在管道中的自动化作业装置。管道探损机器人主要是用于石油天然气工业和军事设施等领域中，可以提高被测管道的寿命并防止泄露等事故的发生，对管道进行定期的检测和维护是必要的。管道探损机器人的产生正式为了满足这一系列的需要。目前国内外探损管道机器人的研究成果已经很多，但在管径较小的管道和一些特殊管道中进行维护和检测才刚刚起步。目前的管道机器人按照驱动源可以大致分为自驱动式、流体压力式和尾部弹性杆推力式三种。

1.1.1 自驱动式

自驱动式机器人主要有爬行式、轮式、履带式、脚式和蠕动式等。

1）脚式

脚式管道机器人通常在机体上有数只关节支撑脚。通过改变脚的类型可以在不同类型的管道内移动，并可以随管道的转弯自动转向。脚式机器人通常由牵引机构、转向机构和支撑机构等机构组成。

国内的太原理工大学研发的管内脚式机器人如图1.1所示。牵引机构由螺母、螺杆、拔销、电机、拔杆和支撑杆组成。转向机构由万向节等机构组成。支撑脚由电机、小齿轮、齿圈及平面螺纹、滑杆、脚靴组成。当电机带动其前端螺杆转动时，螺母受拔杆的约束不能转动而沿螺杆轴向移动，固连接其上

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：17067字