姜明远 张淼 张兴旺 王勇 卢承领 何志 汪振兴
皖西学院电气与光电工程学院，安徽省 六安市 237012
摘要: 针对管道检测需要，设计了一款管道故障检测一体化机器人。该机器人进行了原理分析及设计，用于监控石油机组的运作情况，其功能主要包括视频监控功能，温度检测功能。提出通过设定步进电机运行实现导轨的自动定位巡检，设定由舵机组成的测温臂实现定点测温，可以提高检测目标温度的准确性，也可以有效避免人工控制检测不可避免的错误。
关键词：机器人，管道故障，温度感应，视频监控
本文系“大学生创客实验室（wxxy2018066）、基层教研室示范项目（wxxy2019037）”研究成果。
1.前言
用管道运送石油原料，其优点有运输量大，工作效率高，物质损失小和运费低，并且不受各种气候条件和各种复杂地形的影响，是一种既经济、方便、快捷，同时也是石油运输效率最高的运输方式，目前已经成为石油运输的首选方式，在国家的经济发展中也起着不可替代的作用。
随着我国的石油应用日益增加，作为效率石油运输效率最高的管道在近几十年来也得到迅速发展。但是我们都知道，石化工厂中的机组在石油发挥这不可估量的作用。长期工作的石化机组，存在着各种各样不易发现的故障石油在运输过程中将受到影响；有时会因为温度过高，而没有及时发现，最后会引起机器故障，影响后续的生产工作，还可能引起爆炸等，这样极大威胁着人们的财产的安全。针对以上问题，设计一种具有多种功能组合的管道机器人成为高校研发目标。
2.技术原理
该产品以STM32F103ZET6为总控制模块，以多种传感器组合为传感器系统，还有实时摄像功能。可以通过控制STM32F103ZET6芯片模块，以此实现自动巡检功能、定点测温以及实时摄像监控功能。本产品主要具有温度检测、视频监控、自动巡检，功能图如下图1所示。
.png)
图1 功能示意图
本产品总共有STM32103核心控制模块，舵机摆臂模块，红外测温模块，步进电机起动模块，摄像监控传输模块等，如工作原理图2所示。 芯片STM32F103模块输出信号控制步进电机和舵机进行非接触式红外定点测温。工作模式有手动与自动模式：手动模式下，通过摇感制控杆芯片对步进电机进行前后移动，和舵机多角度摆动从对石油管道进行控制；自动模式下，通过对芯片参数的设置，控制步进电机自动进行定位测温。监测装置带有一个带三数字舵机所构成的测温臂，测温时，可以控制三个舵机模块控制测温点的调节。
.png)
图2 工作原理图
具有如下功能特点：温度检测功能：使用红外探枪，对石化机组进行定点方式进行管道温度检测，再将所检测到的数据送回中控室；视频监控功能：通过车体中的测温臂搭载摄像头在轨道上运行，对当前环境进行全方位、多角度监测，然后通过wifi数据传输模块将监控画面实时地传输到后台中控室，进行实时监控；自动巡检功能：通过对车体运行速度和时间的准确计算，使车体能够在一定时间周期内进行自动巡检，同时中控室后台也可以对车体进行控制，实现手动进行巡检。
3.产品优势
该产品使用了红外测温系统：能够实现远距离和非接触测量，并可远距离测量，它适合于对高速运动物体、旋转体、带电体和高温高压下物体的温度测量。红外测温还具备响应速度快、准确度高、测温范围广等优点。该产品具备可设定的轨道自动巡检测温功能：本产品提出通过设定步进电机运行实现导轨的自动定位巡检，设定由舵机组成的测温臂实现定点测温，可以提高检测目标温度的准确性，也可以有效避免人工控制检测不可避免的错误。
4.总结
本文设计了一种具有多种功能组合的机器人。该机器人用于监控石油机组的运作情况，其功能主要包括视频监控功能，温度检测功能，本团队通过红外测温仪精准测量机组的表面温度，若在温度测量过程出现局部高温，且超过正常温度范围，则证明该机组已经出现不正常运作的情况，再将所测得数据传回中控室，中控室工作人员可以对机器人进行手动控制，调用机器人上的摄像头，通过摄像头进一步观察，若还是无法确定机组是否出现故障，则在调动工作人员到现场进行最后的考证，若发现机组确实不正常运作，则立即停止机组作业，大大减少了工人工作量。
参考文献：
[1]张晶,王红鹰,蓝天.基于CCTV的管道检测机器人设计[J].电子制作,2020(24):6-7+5.
[2]陈利健,刘立尧,张志魁,李比多,王晨.智能管道清淤机器人及其大数据3D模型系统[J].机械设计,2020,37(S2):309.
[3]周伦,尹铁,张锋,张毅,郭岩宝.管道全位置焊接机器人结构设计与分析[J].机床与液压,2020,48(21):36-40.
[4]罗继曼,郭松涛,印辉,刘泽明.管道机器人行走装置运动性能稳定性研究[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2020,36(06):1128-1136.
[5]刘送永,刘后广,陈松.管道巡检机器人视觉系统实验教学平台设计[J].实验技术与管理,2020,37(09):183-186+194.
[6]刘甫,杨浩奕.管道机器人自适应变径设计[J].南方农机,2020,51(17):125-126.
[7].管道排查机器人[J].大自然探索,2020(09):6.