基于低頻電磁信號(hào)的管道清堵機(jī)器人定位方法研究.pdf

1、管道清堵機(jī)器人是用來清理管道的專用工具，工作中它時(shí)常會(huì)發(fā)生卡堵或跑飛現(xiàn)象，容易造成管道運(yùn)輸?shù)陌踩鹿?。因此需要?duì)管道清堵機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和定位，從而保證管道運(yùn)輸?shù)陌踩?。本文以極低頻磁信號(hào)為通信手段，通過管內(nèi)機(jī)器人發(fā)射極低頻磁信號(hào)，管外磁電傳感器接收磁信號(hào)的方式，在前人研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展管道清堵機(jī)器人的定位研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴從磁矢勢(shì)出發(fā)，通過對(duì)磁矢勢(shì)的旋度求解得到一般情況下的磁場(chǎng)分布模型，提高了空間磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)

2、算精度。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)管內(nèi)磁發(fā)射線圈纏繞方式進(jìn)行了優(yōu)化。⑵分析磁電傳感器速度、角度對(duì)輸出電壓信號(hào)的影響，推導(dǎo)出了傳感器理論輸出電壓方程。通過對(duì)傳感器實(shí)際輸出電壓信號(hào)和理論電壓信號(hào)進(jìn)行兩信號(hào)的互相關(guān)卷積運(yùn)算，建立機(jī)器人一維坐標(biāo)自動(dòng)化、快速定位的模型，分析兩信號(hào)相關(guān)卷積平均閾值對(duì)定位精度的影響，并進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)分析。⑶建立三維坐標(biāo)定位模型，在此基礎(chǔ)上，通過把管道厚度、外界環(huán)境等物理量的變化等效為傳感器電壓放大倍數(shù)的變化，采用對(duì)稱陣列式磁

3、電傳感器結(jié)構(gòu)，提出三維坐標(biāo)自適應(yīng)定位模型，避免了由外部環(huán)境變化導(dǎo)致定位誤差增大的問題。針對(duì)自適應(yīng)三維坐標(biāo)方程求解問題，通過綜合利用粒子群算法（PSO）的全局空間尋優(yōu)能力和擬牛頓算法（BFGS）的局部精細(xì)搜索能力，設(shè)計(jì)基于粒子群擬牛頓混合算法的管道機(jī)器人定位方程求解方法，并進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析。數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用改進(jìn)后的算法，平均定位誤差在x,y,z三個(gè)方向上比單純使用PSO和BFGS分別降低了4.2cm、3.8cm、4.6cm和3.4c