异物php空间

1管道异物检测清理机器人快捷QC小组前言:现代大型发电厂水汽管道总长度可达数万米,管道总重量可达上千吨,电厂管路错综复杂,管道从预制加工,再到现场焊接,表面保温等工作完成,时间跨度较长,管道内可能会进入异物,即使管道吹扫后也不能保证管道内没有异物.
而管道管线一般较长,且管道内径小,人员难以进行清理,,如遗留的异物不及时清理,可能会卡塞阀门,造成阀门内漏,甚至危及整台机组的运行安全.
一、小组概况表1:小组概况小组名称快捷QC小组课题名称管道异物检测清理机器人小组注册号2018YJDY001小组登记日期2018.
03课题类型创新型组长唐守昱小组成员10人小组成员接受TQC教育情况:共52课时小组成员概况姓名性别文化程度职务组内分工唐守昱男大专组长活动协调张洪硕男本科组员全面负责王运航男本科组员调试验证孔星男本科副组长对策实施郭明山男大专组员质量监督贾光明男大专组员对策实施郭伟男本科组员对策实施崔伟男本科组员对策实施董洪帅男本科组员对策实施开万硕男本科组员对策实施制表人:唐守昱时间:2018-03-202二、选择课题1.
现状:一台核电机组常规岛及BOP管道共计13KM,其中800mm以上口径管道占20%,300mm-800mm口径管道占70%(以下简称特定管道),300mm以下占10%.
800mm以上管道人员可以进入清理,不在本次课题考虑范围内.
但特定管道占比大,且人员难以进入,如果异物跟随介质进入系统设备造成机械卡塞,阀门无法关闭泵体无法运转,甚至可能造成机组停运,对人民的生命财产安全造成重大的威胁!
2.
检测清理准确率低:在特定管道中检测,局限于内窥镜数据线的长度、目标位置等,检测准确率低.
3.
检测清理无法同时进行:内窥镜检测只能检测,无法同时对小型异物进行清理.

4.
整体性检查难度大:管道系统整体性检查需要对管道开孔设置检查点,本身增加了异物存在的风险,实施难度较大.
据调查,1—4号机组管道移交前内部无异物检测率100%(检测率=检测到异物点/总的检测点),移交运行后仍有事故发生,异物大多是焊渣、垫片、铁丝等小型异物,人员无法进入管道,以下是在GCT系统100米特定管道水平段随机60个异物点进行重复十次的人工检测清理试验的准确率:表2:人工检测清理准确率人工检测清理准确率次数/检测到异物点/检测准确率%第一次第二次第三次第四次第五次第六次第七次第八次第九次第十次4547454740564347485775%78%75%78%66.
7%93.
3%71.
6%78%80%95%制表人:王运航时间:2018-03-223由表可知,在人员无法进入的特定管道内进行传统异物检测准确率较低,平均仅为79%,安全隐患大,容易造成事故发生.
因此,我们急需一种新型的检测工具!
查新借鉴:随后我们从百度、知网等进行相关产品的学习,在除暴与消防机器人中得到启发:1.
公安除暴机器人可以进入危险的场所,用机械手将危险品转移;2.
消防机器人的视频部分能清晰及早的洞察险情.
如果研制一种能在特定环境下进行移动检测、清理,且不受环境限制,可以远程遥控的机器人,岂不是同样能达到降低风险的目的综合以上两种机器人特点做一款适合管道异物检测清理的机器人!
3、确定课题:研制管道异物检测清理机器人.
三、设定目标1、设定目标:异物检测清理准确率达99%以上.
表3:设定目标79%99%制表人:张洪硕时间:2018-03-22图1:公安除暴机器人与消防机器人制图人:张洪硕时间:2018-03-2242、目标可行性分析:百度检索除暴机器人的抓取率和消防机器人的检测率,如下表:表4:除暴机器人的抓取率和消防机器人的检测率消防机器人检测准确率次数12345678合计检测个数6060606060606060480检测率100%100%100%100%100%100%100%100%100%除暴机器人清理准确率次数12345678合计清理个数6060606060606060480清理率100%100%100%100%100%100%100%100%100%制表人:张洪硕时间:2018-03-22由统计结果可知,消防机器人检测率与除暴机器人清理率均达100%,借鉴采用的视频部分与机械爪部分均能符合目标要求,因为300mm-800mm口径管道,人员无法进入,机器人最大直径为290mm,所以完全可以实现异物检测清理功能.
科研小组经项目部领导班子批准成立,科研资金研发性材料由队办负责,现场试验环境资金由项目部负责;阳江核电六号机组管道检测环境适合本次QC成果的研制.
小组曾研制的电缆测温机器人已获得授权专利,并荣获中电建协会QC成果二等奖、中国施工协会QC成果一等奖等多项荣誉,对成果肯定的同时更是对我们实力的认可!
图2:小组所获荣誉制图人:张洪硕时间:2018-03-225四、提出各种方案并确定最佳方案1.
提出方案小组展开讨论,要实现利用机器人进行管道异物清理,机器人必须具体以下功能,查找异物视频部分,夹取异物机械手,驱动部分,远程遥控部分.
因为在借鉴视频部分与机械臂结构的同时,要使机器人能达到远程控制,必须加入通信模块,而机器人要在管道内自由移动的驱动结构和异物夹取的机械结构无疑缺一不可.
至此,确定该机器人必须有以下组成部分:1.
驱动部分2.
机械臂控制部分3.
视频部分4.
通信部分5.
驱动平台载体.
载体是驱动结构组成的一部分,合适的载体能让检测清理效率事半功倍,小组提出优先确定载体结构的研制方案.
围绕研制异物检测清理机器人小车需达成的目标,小组成员集合一起,运用头脑风暴法,广开思路,针对驱动载体平台提出两种研制方案:表5:亲和图管道异物检测清理机器人驱动平台轮式驱动平台履带式驱动平台弯曲路况平衡性差车身高度低,视野范围小灵活机动性好,搭载平台过狭小,无法胜任多种拓展功能轮胎与地面非完全接触抓地效果差,无法保证正常行走弯曲路况平衡性较好车身有一定高度,具有较好的视野搭载平台布局合理,安全防护性高,可以拓展多种功能轮胎与地面非完全接触抓地效果好,可以正常行走制表人:孔星时间:2018-03-2662、选择方案表6:选择方案名称方案一:轮式驱动平台方案二:履带驱动平台平台面积面积小,可搭载模块少面积大,能搭载多种模块车身稳定性支架连接及支撑薄弱,车身稳定性差.
支架结构稳定性好,固定调节完后无需调整,稳定性好.
平衡性设备结构简单,平衡差设备结构严密,机械固定,平衡性好抓地效果轮胎接触面小,弯曲面接触面积小,摩擦力小,抓地效果差履带结构,弯曲路面接触面积大,摩擦力较大,抓地效果好适应路况车身低,视野范围小,只适用于平坦路面车身高,可视范围广,可适应弯曲路面结论因为管道环境的制约,故最终选择抓地稳定性好、平衡好、可在管道内检测清理的履带驱动平台.
制表人:王运航时间:2018-03-261)工具模拟图图3:履带式底盘模拟图制图人:张洪硕时间:2018-03-2672)方案条件及要求围绕平台各个部件选择,小组再次集合在一起,运用头脑风暴法,广开思路,提出以履带式平台设计为方案,确定各个部件应具备条件和满足的要求,并运用亲和图整理归纳.
表7:亲和图制图人:王运航时间:2018-03-28履带式驱动平台高清摄像、舵机云台、无死角勘测路况无线通讯实时传输影像IED大灯视野清晰视频部分四自由度灵活抓取舵机精确控制,清理小型异物PID控制写入数据方便,满足检测要求机械臂部分WIFI传输无线控制WIFI连接,抗干扰能力强第三方软件通信部分搭载平台部件创造安全施工操作场所合金结构,搭载能力强保证行走摩擦力组合结构直流减速电机&舵机负载能力强,便于编程12V电压驱动,胜任工作驱动结构操作平台部件83.
分析论证操作平台部分组合结构驱动部分操作平台包括组合结构和驱动部分.
组合结构即车体的结构材质,要保证车身稳定和平衡;驱动部分为行走电机的驱动,尽可能输出更多的有效功率.
1)、组合结构选择组合结构选择塑料结构合金结构(减重、保证稳定性)表8:组合结构选择制表人:张洪硕时间:2018-06-09分类方案一:塑料结构(亚克力)方案二:合金结构结构样式驱动方式相同.
单独驱动两个履带(差速驱动)相同.
单独驱动两个履带(差速驱动)摩擦力整体质量轻,摩擦力小,履带非完全接触时抓地效果不佳质量略重,摩擦力大,抓地效果好,履带较小接触面能保持正常行走对元器件保护的安全性安全性较差安全性较好维护保养结构稍显复杂,日常维护简单.
零部件较多,多为精密元件,保养复杂.
稳定性质量较轻,稳定性差质量适中,车身稳定性提高40%结论经上述分析,合金结构安全性强、结构牢实、抓地效果好,因此采用合金结构式.

92)、驱动结构选择电机型号选择舵机直流电机href=http://www.
xzy21.
步进电机href=http://www.
x(12V/满足力矩0.
225N·M)表9:驱动结构选择分类直流电机步进电机舵机设计描述特点分析直流电动机结构简单,制造、使用、维护方便,运行可靠性高,重量轻.
也是直流电机的一种,步进电机内部有多个线圈,要想电机连续转动,就要依次给各个线圈加电.
一个连续转动的直流电机,加一个闭环反馈控制的回路,以实现精确的位置控制.
适用范围电源用于驱动机器人的移动用于机器人低精度固定位置控制的场合,如数控车床.
常用于机械臂、关节处高精度位移控制,可用于驱动机器人的腿,手臂,关节处.
安全性操作简单、安全.
操作安全.
操作安全.
维护保养结构简单,日常维护保养简单.
结构较复杂,日常维护保养较复杂.
结构较复杂,日常维护保养较复杂.
经济性价格低廉,RMB.
20.
价格较贵,RMB.
80.
设备精密,科技含量高,价格较贵RMB.
70.
结论在机械臂关节处用到的四个电机选为舵机,协同协作控制机械手的抓取动作.

综合以上对比分析,确定车体总重,小车重量大约为1.
8Kg,行走速度为0.
5m/s,直径d=500mm,转矩(N.
m)=扭力(N)*作用半径(m)=1.
8Kgx9.
8x0.
025m=0.
44,因此从履带齿轮出来的转速n=v/2πr=0.
5*360/2*3.
14*0.
025=1146rpm,由于机器人行走时受到摩擦力,设定其摩擦系数μ=0.
5,则履带力矩M=μmgr=0.
5*1.
8*10*0.
025=0.
225N.
m.
已知CGM-25GA-370/12V直流电机转速为12000rpm,力矩为0.
84N.
m完全满足小车动力所需.
故小组决定采用安全性好、用于小车移动、精密位移动作的直流减速电机和舵机.

制表人:王运航时间:2018-06-0910搭载平台部件机械手部分视频部分通信部分1)、视频部分的选择视频部分无舵机云台带舵机云台(360°全方位检测)表10:视频部分选择制表人:孔星时间:2018-06-10分类方案一:带舵机云台方案二:无舵机云台结构样式特点分析舵机云台的加入,使原本固定的摄像头有了脖子,可以任意转动,实时勘测路况,避障绕行降低车体风险,更好的完成检测工作.
固定在搭载平台之后无法调节角度,视角单一,机动性差,导致视野盲区,增加车体安全隐患.
可视范围360°0°(只能靠机器人的整体移动调整角度)稳定性和操作台连为一体,稳定性好.
稳定性不好,易晃动.
灵活性角度可上下左右转动,灵活性好固定后无法转动,无灵活性视频帧数720P高清摄像480P标清摄像结论经上述分析,小组决定选定可视范围广、无死角勘测路况的舵机云台式视频部分.

112)、机械臂的选择机械臂选择四自由度六自由度(额定1A电流下完成小型异物夹取)表11:机械臂选择制表人:张洪硕时间:2018-06-10分类方案一:六自由度方案二:四自由度结构样式特点描述机械臂可以上下前后左右运动,爪子可以旋转,六舵机串行控制:一个舵机控制机械爪开合,四个舵机控制机械臂上下前后摆动,一个舵机控制爪子旋转.
拥有较大的抓持器,可以夹取较大更重的物品.
机械臂可以上下前后运动,爪子可以旋转,四舵机串行控制:一个舵机控制机械爪开合,两个舵机控制机械臂上下前后摆动,一个舵机控制爪子旋转.
拥有较大的抓持器,可以夹取小到螺母垫片大到矿泉水瓶等物品.
能耗电流需求大20~30A,耗能多干电池即可供电1A,能耗低编程难度编程困难编程容易实现重量多用于固定机械台面,质量重可搭载于任意平台,质量轻,且结构灵活.
适用性主要用于小型异物的夹取,并不适用本次成果.
主要用于小型异物的夹取,适合本次方案.
结论经上述分析,因成果用于狭小的管道空间,异物体积小,最终选择更加灵活,结构更为简单的四自由度机械手.
123)、通信部分通信部分选择上位机终端WIFI传输模块(管道环境30M内远程遥控、人机交互)表12:通信部分选择制表人:唐守昱时间:2018-06-11分类WIFI模块上位机终端实物图必要性必要必要特点分析WIFI模块可以自建局域网,这样便避免了无网络覆盖的影响,即便是在重重阻隔的混凝土环境依然可以接收和发射信号.
而APP软件则是机器人的控制终端,接收显示数据的反馈.
完成的操作离不开每一个模块,缺少任何一个模块,检测工作只能停滞不前,故此通信部分是协同协作的过程,并非单一个体完成任务.
抗干扰能力强强最大传输距离45M有效传输距离30M结论小组决定选定相互辅佐,共同协作的WiFi模块以及上位机终端.
134.
确定最佳方案经过小组层层比较分析,最终确认了管道异物检测清理机器人的最佳设计方案.

表13:系统图制表人:唐守昱时间:2018-06-16图4:最佳方案3D模拟图制图人:张洪硕时间:2018-06-1614四、制定对策1、制定对策表表14:对策表步骤对策目标措施地点负责人完成时间1合金结构承重1.
8kg,在承载物体时保持车身稳定选择符合本次成果要求的铝合金.
质量轻,硬度大,稳定性好.
物资张洪硕唐守昱王运航2018-06-212直流减速电机舵机满足机器人位移的动力要求0.
225N·M根据计算机器人驱动扭矩及机械臂抓取动力选择电机.
项目部张洪硕唐守昱王运航2018-06-223带舵机云台高清摄像360°观测周围环境,反馈路况及异物情况分析比较视频在移动状态下的帧数,选择画质清晰的摄像头项目部张洪硕唐守昱王运航2018-06-234四自由度机械臂体积小,灵活度高,抓取力度好,在额定电流1A下能完成对异物的夹取针对抓取物体分析,模拟实验选择抓取效果良好的机械臂项目部张洪硕孔星王运航2018-06-245WIFIAPPWIFI模块5DBi外置WiFi天线,有效传输距离30M能组建局域网络,实现在较远距离稳定的信号传输项目部张洪硕孔星王运航2018-06-24PAD画质清晰屏幕大,实时反馈数据和画面,便于操作项目部张洪硕王运航2018-06-256编程调试实现指令动作,完成设定目标.
对控制器进行分步调试,最终实现视频信号稳定正常,行进动作稳定到位,机械臂动作准确稳固.
项目部及现场办张洪硕王运航2018-06-27制表人:张洪硕时间:2018-06-2715五、对策实施对策实施一:合金结构车身对策目标值检查:经验证,承载力对策目标值实现!
表15:目标值检查制表人:王运航时间:2018-06-28针对机身适当增加了轴距使车身更稳定,履带的啮齿也具有更好的抓地力.