石油管内自动爬行机器人的设计与研究

谢小东 赖宏斌 陈玮 夏屹锋

【摘 要】石油专用管是油田生产建设中重要的物资材料，对石油管材质量检验也是投入生产之前的重要环节，传统的检验方式都是在管材外部进行。该文介绍了一款适用于石油管内自动爬行机器人，该机器人的设计完成将会为后续所有管内检测提供良好的平台。

【关键词】石油管；爬行器；无线传输

石油专用管在未投入使用之前必须有一个入库质量检测，检测主要是在管体外部进行无损检测、壁厚检测以及螺纹几何参数检测，现场检测需要将专用管进行上下架铺平后完成，这样会造成大量的人力物力浪费。该爬行机器人的设计主要是解决管剁堆放的石油管质量检测方式。

一、爬行机器人结构设计及爬行方式

1、1整体结构设计

由于每只管体内部是一个弧面构造，整体呈现一个圆柱孔状结构。该机器人的整体设计为了贴合管体表面，也采取圆柱形的整体设计，根据不同的管径Φ139、Φ173、Φ244等设计出相应尺寸的规格型号。

1、2动力驱动部分

机器人动力部分采用电机驱动，通过采用大功率的电机以及变速箱的配合，以螺杆传功方式将动力传输给动力部分。为了与管体更稳定的贴和，达到更大的推动力，采用麦克纳姆轮取代以往普通的輪子。

1、3爬行方式设计

由于管体内部空间狭小且是弧形机构，爬行方式采用内部直线完成前进与后退功能。动力部分采用两个电机驱动，辅助部分采用4个轮子进行管壁贴和。

二、控制部分及传输部分的设计

2、1主控电路部分

主控电路部分采用arduino控制主板完成。Arduino的硬件原理图、电路图等核心库文件都是开源的，可以任意修改原始设计及相应代码。Arduino IDE基于processing IDE开发。对于初学者来说，极易掌握，同时有着足够的灵活性。语言基于wiring语言开发，是对avr-gcc库的二次封装，不需要太多的单片机基础、编程基础，可以快速的进行开发【1】。主控电路部分主要分为主控芯片、供电部分、爬行部分以及避障部分组成，连接示意图如图2-1所示。

2、2信号传输部分设计

石油专用管长度在10-12米之间，材质都是钢铁磁性材料，对应信号传输有一定的影响限制。但是Wifi传输大功率的WIFI信号也可以实现爬行机器人的各种控制。Wi-Fi是目前使用2.4G UHF或5G SHF ISM 射频频段技术。Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性【2】。有人把使用IEEE 802.11系列协议的局域网就称为无线保真。甚至把Wi-Fi等同于无线网际网路（Wi-Fi是WLAN的重要组成部分）。部分控制协议代码如下：

void Widget：：connectLine（）

{

_player->open（_media）；

socket->connectToHost（QHostAddress（"192.168.1.1"），2001）； //控制WiFi信号连接

}

void Widget：：on_pushButton_up_clicked（） //机器人控制按键信号，控制机器人爬行前进与后退

{

char buff [5]；

buff[0] = 0xff；

buff[1] = 0x00；

buff[2] = 0x01；

}

三、结束语

通过该篇论文的介绍，基本上介绍了管内爬行机器人的整体设计。通过管内自动爬行机器人的设计，实现远程控制管内前进与后退。在该爬行机器人内部在添加红外传感器、温度传感器以及探伤等检测工具可以最终石油专用管实现远程自动检测工作，起到减员增效的效果。

【参考文献】

【1】 李红渊 、《基于Arduino语音控制的五指灵巧手》；电子技术与软件工程；2018第11期.

【2】 刘东、《基于wifi技术的无线网络安全问题及对策》；智能建筑与智慧城市；2018第9期.