石油管內自動爬行機器人的設計與研究

2018-01-12 11:51:50謝小東賴宏斌陳瑋夏屹鋒

智富時代 2018年12期

謝小東賴宏斌陳瑋夏屹鋒

【摘要】石油專用管是油田生產建設中重要的物資材料，對石油管材質量檢驗也是投入生產之前的重要環節，傳統的檢驗方式都是在管材外部進行。該文介紹了一款適用于石油管內自動爬行機器人，該機器人的設計完成將會為后續所有管內檢測提供良好的平臺。

【關鍵詞】石油管；爬行器；無線傳輸

石油專用管在未投入使用之前必須有一個入庫質量檢測，檢測主要是在管體外部進行無損檢測、壁厚檢測以及螺紋幾何參數檢測，現場檢測需要將專用管進行上下架鋪平后完成，這樣會造成大量的人力物力浪費。該爬行機器人的設計主要是解決管剁堆放的石油管質量檢測方式。

一、爬行機器人結構設計及爬行方式

1、1整體結構設計

由于每只管體內部是一個弧面構造，整體呈現一個圓柱孔狀結構。該機器人的整體設計為了貼合管體表面，也采取圓柱形的整體設計，根據不同的管徑Φ139、Φ173、Φ244等設計出相應尺寸的規格型號。

1、2動力驅動部分

機器人動力部分采用電機驅動，通過采用大功率的電機以及變速箱的配合，以螺桿傳功方式將動力傳輸給動力部分。為了與管體更穩定的貼和，達到更大的推動力，采用麥克納姆輪取代以往普通的輪子。

1、3爬行方式設計

由于管體內部空間狹小且是弧形機構，爬行方式采用內部直線完成前進與后退功能。動力部分采用兩個電機驅動，輔助部分采用4個輪子進行管壁貼和。

二、控制部分及傳輸部分的設計

2、1主控電路部分

主控電路部分采用arduino控制主板完成。Arduino的硬件原理圖、電路圖等核心庫文件都是開源的，可以任意修改原始設計及相應代碼。Arduino IDE基于processing IDE開發。對于初學者來說，極易掌握，同時有著足夠的靈活性。語言基于wiring語言開發，是對avr-gcc庫的二次封裝，不需要太多的單片機基礎、編程基礎，可以快速的進行開發【1】。主控電路部分主要分為主控芯片、供電部分、爬行部分以及避障部分組成，連接示意圖如圖2-1所示。

2、2信號傳輸部分設計

石油專用管長度在10-12米之間，材質都是鋼鐵磁性材料，對應信號傳輸有一定的影響限制。但是Wifi傳輸大功率的WIFI信號也可以實現爬行機器人的各種控制。Wi-Fi是目前使用2.4G UHF或5G SHF ISM 射頻頻段技術。Wi-Fi是一個無線網絡通信技術的品牌，由Wi-Fi聯盟所持有。目的是改善基于IEEE 802.11標準的無線網路產品之間的互通性【2】。有人把使用IEEE 802.11系列協議的局域網就稱為無線保真。甚至把Wi-Fi等同于無線網際網路（Wi-Fi是WLAN的重要組成部分）。部分控制協議代碼如下：

void Widget：：connectLine（）

{

_player->open（_media）；

socket->connectToHost（QHostAddress（"192.168.1.1"），2001）； //控制WiFi信號連接

}

void Widget：：on_pushButton_up_clicked（） //機器人控制按鍵信號，控制機器人爬行前進與后退

{

char buff [5]；

buff[0] = 0xff；

buff[1] = 0x00；

buff[2] = 0x01；

}