城市排水管道穿纜檢測機器人控制技術(shù)研究.pdf

1、城市排水管道的檢修和疏通作業(yè)一直是困撓城市居民日常生活和工業(yè)生產(chǎn)的難題。主要是因為排水管道埋于地下，污水中雜質(zhì)含量高，能見度低，排水管底部有大量淤泥，常規(guī)作業(yè)很難適應(yīng)其要求，不便于人工和機械進行管道內(nèi)的檢測、疏通和穿纜作業(yè)。文中提供了一種方便可行的方法，并研制出了城市排水管道穿纜、檢測機器人。本機器人將能帶來良好的經(jīng)濟效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。 文中，針對城市排水管道機器人的特殊作業(yè)環(huán)境，在制定了機器人本體設(shè)計指標和要求的基礎(chǔ)上

2、，對機器人的總體方案進行了確立和分析。通過對機器人總體結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境參數(shù)的分析，機器人本體結(jié)構(gòu)采用了模塊化的設(shè)計，并對機器人的各功能模塊的工作原理進行了可靠性分析，進一步優(yōu)化完善了機器人本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 分析了機器人動力系統(tǒng)的傳動特性，建立了動力系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模，在MatLab環(huán)境中進行仿真，得到了動力系統(tǒng)傳動特性的仿真曲線圖，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有抗干擾能力強，穩(wěn)態(tài)性能好的特點。建立了動力系統(tǒng)的PID控制模型，設(shè)計了具有良好控制性能的

3、速度、位置雙閉環(huán)控制器。 管道機器人的硬件結(jié)構(gòu)采用了上、下位機系統(tǒng)和模塊化設(shè)計。上位機硬件系統(tǒng)采用了ATmegal6L單片機、LCD液晶顯示器和鍵盤等；下位機硬件系統(tǒng)采用了ATmega8L單片機、傾角傳感器、電機驅(qū)動模塊和光電碼盤等組成；并設(shè)計了上下位機系統(tǒng)的硬件電路。上位機和下位機之間采用了485異步串行通信，實現(xiàn)有纜遙控。 在軟件控制上，建立了管道坐標系和機器人坐標系，在兩個坐標系之間，定義了機器人的姿態(tài)角，給出了機

4、器人可能的幾種姿態(tài)，并對幾種姿態(tài)給出了相應(yīng)的軟件控制策略。對于傾角傳感器的輸出和輸入之間的非線性，合理的進行了曲線擬合，優(yōu)化了檢測系統(tǒng)；建立了手動和自動兩套控制策略；提高了系統(tǒng)的可靠性。細化了上、下位機的執(zhí)行任務(wù)，上位機主要負責(zé)機器人的上層控制策略和算法；下位機執(zhí)行上位機的命令，上傳機器人姿態(tài)。制定了RS-485異步串行通信協(xié)議，完善了通信系統(tǒng)。 通過管道機器人的行走速度測試、轉(zhuǎn)彎半徑測試、管道內(nèi)壁滑動摩擦系數(shù)測試和越障能力等試