摘要
火炮在发射后会在身管内残留大量的物质，这些物质受高温、高压的与管壁黏贴非常牢固极不易清除，会导致身管内壁的腐蚀，进而影响炮的准确性、可靠性并影响身管的使用寿命。这些残留物主要依靠人工和机械的方法清除，设备笨重、智能化程度低，士兵劳动强度大，效率低，且清不高，不能满足和适应现代化高科技战争的作战要求。
清洗机器人，该机器人与火炮身管构成一个柔性统，可实现清洗的智能化及管内状况的可视化，不仅极大地减轻士兵的劳动而且可以有效提高火炮身管的维护保养水平和寿命，对提高部队战斗力具的军事和经济效益，具有广阔的应用前景。
关键词：管道清洗 机器人 单片机 自动控制
I
Abstract
Due to high temperature and pressure, the remaining substances in the bore after the gun is launched will adhere to the bore firmly and can't be removed easily, which will result in erosion of the bore and have an impact on the veracity and reliability of the gun launching as well as its operating life. These substances are removed with manual and mechanical cleaning mainly, which can't meet and accommodate with the campaign need of modernization high-tech wars because of unwieldy equipment, low intelligentization, over laboring intension of soldiers, low efficiency and cleaning extent.
Robot and bore achieves in intelligentization of cleaning and visualization of inner bore, which not only greatly lessens laboring tension of soldiers, but advances maintenance level and operating life of bore as well. It is of bright future in expansive application and of great military and economic benefit in enhancing battle effectiveness of the army.
Key words： bore cleaning； robot；single chip microcomputer；automation
II
摘要.................................................................................................................................I Abstract ......................................................................................................................... II 第一章 绪论................................................................................................................ 1
1.1课题研究背景及关键技术 ..................................................................................... 1
1.1.1课题的研究背景 ....................................................................................... 1 1.1.2课题的关键技术 ......................................................................................... 2 1.2国内外管道机器人的研究现状和发展方向 ............................................................ 3
1.2.1管道机器人的研究现状............................................................................... 3 1.2.2管道机器人的发展方向............................................................................... 5 1.3课题的研究意义 ................................................................................................... 5 第二章 炮管擦洗机器人总体方案设计.................................................................... 7
2.1需求分析与设计思路 ............................................................................................ 7 2.2移动功能模块设计 ............................................................................................... 8
2.2.1运动方式分析与选择 .................................................................................. 8 2.2.2自适应机构设计 ......................................................................................... 9 2.3擦洗功能模块设计 ..............................................................................................11
2.3.1炮膛擦洗过程分析与研究 ..........................................................................11 2.3.2轴向往复式擦洗头设计..............................................................................11 2.4控制功能模块设计 ............................................................................................. 13
2.4.1主控制系统 .............................................................................................. 13 2.4.2传感器 ..................................................................................................... 13 2.4.3驱动系统.................................................................................................. 13
第三章 管道清洗机器人详细设计.......................................................................... 15
3.1移动功能模块设计与分析 ................................................................................... 15
3.1.1传动机构设计........................................................................................... 15 3.1.2连接件设计 .............................................................................................. 16 3.2擦洗功能模块的设计 .......................................................................................... 18
3.2.1旋转式清洗头设计.................................................................................... 18 3.3控制系统的设计 ................................................................................................. 18
3.3.1主控制芯片 .............................................................................................. 19 3.3.2 ATmega128介绍 ...................................................................................... 20 3.3.3电机控制技术........................................................................................... 21 3.4最小系统电路设计 ............................................................................................. 23
3.4.1时钟/复位模块设计 ................................................................................... 23 3.4.2电源模块设计........................................................................................... 23 3.5人机接口电路设计 ............................................................................................. 24
3.5.1 LCD显示模块 .......................................................................................... 24 3.5.2键盘电路.................................................................................................. 25 3.5.3蜂鸣器电路 .............................................................................................. 25 3.5.4串口通信模块........................................................................................... 26 3.6电机控制电路设计 ............................................................................................. 26 第四章 系统软件设计.............................................................................................. 28
4.1系统软件架构 .................................................................................................... 28
4.1.1 PWM调速程序设计 ................................................................................. 28
结论.............................................................................................................................. 31
5.1论文总结 ........................................................................................................... 31 5.2工作展望 ........................................................................................................... 31 参考文献...................................................................................................................... 32
III
致谢.............................................................................................................................. 33 附录.............................................................................................................................. 34
IV
第一章 绪论
1.1课题研究背景及关键技术
1.1.1课题的研究背景
现代国防工业日新月异，武器装备制造及维护的技术水平直接决定了国家的军事实力。火炮是重要的武器装备，身管是火炮的重要组成部分，身管依靠火药在药室内剧烈燃烧而产生的高温高压气体以一定方式一定速度发射弹丸，并赋予弹丸初速度、射向以及飞行时的稳定性。它的工作条件是极为恶劣和苛刻的，它不仅要承受高温高压火药气体的作用，还要接受高速运动弹丸的作用。火炮的结构和性能很大程度上决定了火炮系统的战斗性能，身管质量直接影响着使用安全，射击效果和火炮寿命[l]。火炮在发射过程中不仅会在炮膛内残余大量的物质，而且火炮炮弹带与身管内壁间亦会产生大量的粘附物，这些物质受高温、高压的作用与管壁黏贴的非常牢固，尤其是线膛炮的“阴线”角落位置的残留物，极不容易清除，对火炮身管寿命产生很大的影响，当“积留”超过一定程度后，极易产生炸管等事故。
为了提高火炮的性能和使用寿命，大型火炮在启封、发射炮弹后和封存时都需要进行一定的清洗工作。首先，启封时需要清除防锈油，以保证火炮的正常工作。其次，在发射炮弹后需要进行炮膛清洗，因为弹丸运动脱落的残余物(成分办主要是铜、锌、铅、铝、铝氧化物等)以及膛内火药燃烧残留物如烟灰等石墨残余物会钻附在火炮身管的内壁，这些残余物容易导致火炮身管内壁发生腐蚀，进而影响炮弹发射的准确性、可靠性，影响火炮的使用寿命。最后，在火炮封存时需要清洗炮膛内壁并涂抹防锈油，以防止封存后火炮炮膛内壁腐蚀。因此，在火炮的启封、发射后和封存时进行清洗工作是必不可少的。
在炮管生产厂或修复厂，目前采用的是一种拉杆式清洗机床，通过电机和连杆机构带动拉杆实现往复直线运动，拉杆与炮管等长，拉杆上安装了清洁用的毛刷，该设备实现了火炮身管擦洗的自动化工作，但必须将炮管从坦克上拆下运至修复厂才能使用，设备占地面积大、重量大，移动不便，无法在部队营地和野外使用。目前在部队都是通过数名战士推拉通条来进行炮膛擦洗工作，不仅耗费人力，效率低，且清洁程度不高，不能满足和适应现代化高科技战争的作战要求。
通过国内外相关炮管清洗与管道清洗技术方面的专利与文献的检索，结合国内现有炮管擦拭设备的实际应用调研，现有关于炮管擦拭的方法、装置和专利，在实际应用中均存在一定的不足。如专利号CN86207922便携式擦炮设备，主要由少齿插销轴式行星机构卷扬筒组成，靠人力驱动卷扬筒和钢丝绳来牵引专用擦炮塞子经过整个炮膛进行擦拭，该办法自动化程度低。申请号200410024477.x专利自动擦炮机，包括驱动电机及控制器、擦拭体及驱动机构等，驱动电机轴通过
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