左德仁 劉冰陽

1 短波發(fā)射機(jī)冷卻水路管道清潔現(xiàn)狀

目前，短波發(fā)射機(jī)冷卻水路管道都是由技術(shù)維護(hù)人員進(jìn)行清潔維護(hù)。一方面，人力清潔比較復(fù)雜、費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，且部分死角（如蒸發(fā)鍋回水管）很難清潔干凈。另一方面，波段冷卻水路管道呈螺旋狀且口徑太小，沒有辦法進(jìn)行清潔，波段如圖1所示。

圖1 螺旋狀波段冷卻水路管道

為了減輕發(fā)射機(jī)清潔檢修強(qiáng)度，解決部分冷卻水路無法清潔、死角清潔不干凈等難題，提高發(fā)射機(jī)水路冷卻質(zhì)量，本文對(duì)微型機(jī)器人在短波發(fā)射機(jī)冷卻水路清潔中的運(yùn)用進(jìn)行了思考分析。

2 關(guān)鍵技術(shù)的思考

要實(shí)現(xiàn)微型機(jī)器人清潔發(fā)射機(jī)冷卻水路管道內(nèi)壁的功能，必然要求機(jī)器人的材質(zhì)輕巧、體積足夠小、翅膀韌性足夠好且能在狹小的空間內(nèi)自如行動(dòng)。設(shè)計(jì)微型機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)為翅膀、動(dòng)力和控制，現(xiàn)進(jìn)行思考如下。

2.1 翅膀的思考

翅膀的結(jié)構(gòu)和形狀應(yīng)設(shè)計(jì)得足夠小，使其能夠輕松進(jìn)入口徑很小的管道內(nèi)；翅膀要求輕且堅(jiān)固，保證在振動(dòng)清潔過程中不會(huì)斷裂；為翅膀提供足夠的動(dòng)力，滿足翅膀高頻振動(dòng)的需求。翅膀的設(shè)計(jì)必須以昆蟲結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特性的研究為基礎(chǔ)，提取精髓并進(jìn)行簡(jiǎn)化，從而開發(fā)出更具靈活性和更優(yōu)運(yùn)動(dòng)性能的翅膀。

2.2 動(dòng)力的思考

微型機(jī)器人的外形較小、質(zhì)量輕，要求驅(qū)動(dòng)馬達(dá)功率高、能耗小，保證翅膀振動(dòng)較長時(shí)間，完成整個(gè)管道內(nèi)壁的清潔。目前，微型電動(dòng)機(jī)有微型渦輪機(jī)、熱光電發(fā)電機(jī)等，可利用化學(xué)電池、燃料電池、太陽能電池作為能源，但這類能源較重，提供能量小，且與檢修環(huán)境不相適應(yīng)。從機(jī)器人對(duì)質(zhì)量和大小的要求來看，微型電池和電機(jī)是首選。

2.3 控制的思考

控制系統(tǒng)的關(guān)鍵在于高度控制和穩(wěn)定性控制。受微型機(jī)器人質(zhì)量和體積小及工作環(huán)境的約束，控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)非常困難。目前的水平要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制是不現(xiàn)實(shí)的，必須進(jìn)行簡(jiǎn)化，一方面把條件簡(jiǎn)化，另一方面采用多級(jí)簡(jiǎn)單控制。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以智能分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展為基礎(chǔ)。

3 機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到發(fā)射機(jī)冷卻水路管道口徑小、彎道多等特點(diǎn)，參考仿昆蟲爬行、飛行機(jī)器人現(xiàn)有研究設(shè)計(jì)成果，聯(lián)系短波發(fā)射機(jī)清潔檢修工作實(shí)際，微型機(jī)器人應(yīng)由大腦、眼睛、翅膀、腿、心臟構(gòu)成。

機(jī)器人的大腦采用一塊基于高性能、低功耗微型嵌入式專用處理器與IBMPC標(biāo)準(zhǔn)完全兼容的PC/104中央處理器模塊，工作頻率700 MHz。主控板包含DMA控制器、中斷控制器及定時(shí)器，外接后備電池，256 M字節(jié)DDR內(nèi)存。另外，高性能顯示控制器提供CRT和LCD顯示器支持。編程語言采用C語言實(shí)現(xiàn)。

機(jī)器人的眼睛采用紅外傳感器，主要包括紅外發(fā)射和接受兩部分，應(yīng)用編碼/解碼集成芯片實(shí)現(xiàn)操作控制。

機(jī)器人的“腿”設(shè)計(jì)成6條，由一個(gè)微型的伺服驅(qū)動(dòng)馬達(dá)提供動(dòng)力，包括一個(gè)微型直流馬達(dá)，一組變速齒輪，一個(gè)可調(diào)電位器及控制板。直流馬達(dá)提供基本動(dòng)力，產(chǎn)生較高的扭力。

機(jī)器人的翅膀由輕質(zhì)清潔材料制成，便于清潔、清洗和更換，由微型馬達(dá)提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)。

機(jī)器人的心臟由微型電池構(gòu)成，給控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供12 V的電壓。

4 實(shí)現(xiàn)主要功能

微型機(jī)器人主要具備紅外控制、沿壁爬行、振動(dòng)清潔等功能，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射機(jī)冷卻水路清潔機(jī)器人化，減輕了技術(shù)維護(hù)人員工作強(qiáng)度。

4.1 紅外控制

紅外控制包括發(fā)射和接收兩大部分，用集成電路進(jìn)行操作控制，如圖2所示。紅外控制的發(fā)射部分主要包括編碼調(diào)制、紅外發(fā)送器等，當(dāng)按下發(fā)射器后，就會(huì)發(fā)出遙控碼，按鍵不同，發(fā)出的遙控碼也會(huì)不同。該遙控碼采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.56 ms、周期為1.125 ms的組合表示二進(jìn)制“0”；以脈寬為0.56 ms、周期2.25 ms的組合表示二進(jìn)制“1”。

遙控編碼是連續(xù)的64位二進(jìn)制編碼，前32位是用戶識(shí)別碼，主要用來區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同機(jī)類的遙控碼相互干擾。后32位是功能碼，功能碼是8位，有128種不同組合的編碼，用以實(shí)現(xiàn)其控制功能。

紅外控制的接受部分主要包括光電轉(zhuǎn)換器、解碼電路等，由一個(gè)紅外接受模塊實(shí)現(xiàn)。該模塊內(nèi)部含有高頻的濾波電路，專門用來慮除紅外線合成的載波信號(hào)。當(dāng)信號(hào)到達(dá)紅外接受模塊，就能得到發(fā)射器發(fā)出的編碼，經(jīng)單片機(jī)解碼處理，就能得知按下哪個(gè)鍵，進(jìn)而做出相應(yīng)調(diào)整，完成整個(gè)紅外控制動(dòng)作。

4.2 沿壁爬行

沿壁爬行由微型的伺服馬達(dá)控制實(shí)現(xiàn)，其原理如圖3所示.

圖3 伺服馬達(dá)原理

控制端發(fā)送脈沖信號(hào)到控制電路，使驅(qū)動(dòng)馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)減速齒輪運(yùn)動(dòng)，輸出端帶動(dòng)一個(gè)線性的比例電位器檢測(cè)位置，通過電壓反饋給控制電路板，使馬達(dá)正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而控制機(jī)器人位置。

伺服馬達(dá)有電源、地、控制三條控制線控制。電源線及地線給內(nèi)置的直流馬達(dá)和控制線路提供大約5 V的電壓，伺服控制系統(tǒng)通過控制線將周期性的脈寬信號(hào)直接傳遞給伺服馬達(dá)，該周期性信號(hào)的高電平脈寬在2 ms左右，低電平脈寬在20 ms左右，不同的脈寬對(duì)應(yīng)不同的伺服馬達(dá)輸出臂。

4.3 振動(dòng)清潔

振動(dòng)清潔是該微型機(jī)器人的重要功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)波段、蒸發(fā)鍋回水管等發(fā)射機(jī)冷卻水路內(nèi)壁的清潔。機(jī)器人的內(nèi)部另置一個(gè)電驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)電機(jī)，讓翅膀在垂直方向完成高頻振動(dòng)，但振動(dòng)幅度不大，一般在3～5 ms。清潔過程中，一方面高頻振動(dòng)的翅膀能高效完成刷洗管道內(nèi)壁的動(dòng)作，另一方面頻率超過500 Hz的振動(dòng)能夠讓洗滌劑和水的混合物產(chǎn)生大量微小的氣泡，氣泡爆裂時(shí)產(chǎn)生的壓力可深入清潔管道內(nèi)壁。

5 結(jié)語

該微型機(jī)器人的設(shè)計(jì)能夠極大解放發(fā)射機(jī)技術(shù)維護(hù)人員的雙手，減輕檢修維護(hù)人員的負(fù)擔(dān)，提高發(fā)射機(jī)檢修質(zhì)量。相信在未來，隨著機(jī)器人的快速發(fā)展，會(huì)有更多種類的機(jī)器人運(yùn)用到發(fā)射機(jī)的值班、檢修等工作中，有效確保發(fā)射機(jī)的安全播出。

[1]史智恒.大功率短波發(fā)射機(jī)水路的維護(hù)[J].電子制作,2014(22).

[2]黃偉.SW-50B短波發(fā)射機(jī)冷卻水監(jiān)測(cè)電路原理及故障預(yù)防[J].數(shù)字化用戶,2017(9).