石油管內(nèi)自動(dòng)爬行機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究

謝小東 賴宏斌 陳瑋 夏屹鋒

【摘 要】石油專用管是油田生產(chǎn)建設(shè)中重要的物資材料，對(duì)石油管材質(zhì)量檢驗(yàn)也是投入生產(chǎn)之前的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方式都是在管材外部進(jìn)行。該文介紹了一款適用于石油管內(nèi)自動(dòng)爬行機(jī)器人，該機(jī)器人的設(shè)計(jì)完成將會(huì)為后續(xù)所有管內(nèi)檢測(cè)提供良好的平臺(tái)。

【關(guān)鍵詞】石油管；爬行器；無(wú)線傳輸

石油專用管在未投入使用之前必須有一個(gè)入庫(kù)質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)主要是在管體外部進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)、壁厚檢測(cè)以及螺紋幾何參數(shù)檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要將專用管進(jìn)行上下架鋪平后完成，這樣會(huì)造成大量的人力物力浪費(fèi)。該爬行機(jī)器人的設(shè)計(jì)主要是解決管剁堆放的石油管質(zhì)量檢測(cè)方式。

一、爬行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及爬行方式

1、1整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于每只管體內(nèi)部是一個(gè)弧面構(gòu)造，整體呈現(xiàn)一個(gè)圓柱孔狀結(jié)構(gòu)。該機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)為了貼合管體表面，也采取圓柱形的整體設(shè)計(jì)，根據(jù)不同的管徑Φ139、Φ173、Φ244等設(shè)計(jì)出相應(yīng)尺寸的規(guī)格型號(hào)。

1、2動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分

機(jī)器人動(dòng)力部分采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)采用大功率的電機(jī)以及變速箱的配合，以螺桿傳功方式將動(dòng)力傳輸給動(dòng)力部分。為了與管體更穩(wěn)定的貼和，達(dá)到更大的推動(dòng)力，采用麥克納姆輪取代以往普通的輪子。

1、3爬行方式設(shè)計(jì)

由于管體內(nèi)部空間狹小且是弧形機(jī)構(gòu)，爬行方式采用內(nèi)部直線完成前進(jìn)與后退功能。動(dòng)力部分采用兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，輔助部分采用4個(gè)輪子進(jìn)行管壁貼和。

二、控制部分及傳輸部分的設(shè)計(jì)

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(kù)文件都是開(kāi)源的，可以任意修改原始設(shè)計(jì)及相應(yīng)代碼。Arduino IDE基于processing IDE開(kāi)發(fā)。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，極易掌握，同時(shí)有著足夠的靈活性。語(yǔ)言基于wiring語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，是對(duì)avr-gcc庫(kù)的二次封裝，不需要太多的單片機(jī)基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)，可以快速的進(jìn)行開(kāi)發(fā)【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(hào)傳輸部分設(shè)計(jì)

石油專用管長(zhǎng)度在10-12米之間，材質(zhì)都是鋼鐵磁性材料，對(duì)應(yīng)信號(hào)傳輸有一定的影響限制。但是Wifi傳輸大功率的WIFI信號(hào)也可以實(shí)現(xiàn)爬行機(jī)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(shù)。Wi-Fi是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的品牌，由Wi-Fi聯(lián)盟所持有。目的是改善基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性【2】。有人把使用IEEE 802.11系列協(xié)議的局域網(wǎng)就稱為無(wú)線保真。甚至把Wi-Fi等同于無(wú)線網(wǎng)際網(wǎng)路（Wi-Fi是WLAN的重要組成部分）。部分控制協(xié)議代碼如下：

void Widget：：connectLine（）

{

_player->open（_media）；

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

}

void Widget：：on_pushButton_up_clicked（） //機(jī)器人控制按鍵信號(hào)，控制機(jī)器人爬行前進(jìn)與后退

{

char buff [5]；

buff[0] = 0xff；

buff[1] = 0x00；

buff[2] = 0x01；

}

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)該篇論文的介紹，基本上介紹了管內(nèi)爬行機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)。通過(guò)管內(nèi)自動(dòng)爬行機(jī)器人的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制管內(nèi)前進(jìn)與后退。在該爬行機(jī)器人內(nèi)部在添加紅外傳感器、溫度傳感器以及探傷等檢測(cè)工具可以最終石油專用管實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)檢測(cè)工作，起到減員增效的效果。

【參考文獻(xiàn)】

【1】 李紅淵 、《基于Arduino語(yǔ)音控制的五指靈巧手》；電子技術(shù)與軟件工程；2018第11期.

【2】 劉東、《基于wifi技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題及對(duì)策》；智能建筑與智慧城市；2018第9期.