管道檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)及其基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的研究.pdf

1、該文主要的研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.在查閱和掌握大量有關(guān)管道檢測(cè)機(jī)器人文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地研究了管道檢測(cè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)原理、驅(qū)動(dòng)方式以及結(jié)構(gòu)形式,并詳細(xì)地討論了管道檢測(cè)機(jī)器人本體研制的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題,介紹了六種適應(yīng)不同管徑的常用的壓緊力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),分析了每種壓緊力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的力學(xué)特性,并比較研究了各種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),指出了在管道檢測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的幾個(gè)主要問(wèn)題.該管道檢測(cè)機(jī)器人采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,由驅(qū)動(dòng)模塊和壓緊力調(diào)節(jié)模塊組成,

2、從而便于管道檢測(cè)機(jī)器人的安裝、運(yùn)輸和使用維護(hù),其基本參數(shù)為:適用于管道直徑范圍為 的直管以及彎曲角度不大于 的彎管,機(jī)器人本體重量為 ,長(zhǎng)度為 ,有效牽引力達(dá)到 ,運(yùn)行速度為 .2.基于輪式和履帶式機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)特征,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種新的管道檢測(cè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu).該管道檢測(cè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用平行四邊形輪腿機(jī)構(gòu)的形式,機(jī)器人的3組驅(qū)動(dòng)橡膠輪在圓周方向成120o均勻分布,在軸向截面內(nèi),前后兩組驅(qū)動(dòng)橡膠輪布置在同一組平行四邊形機(jī)構(gòu)上,驅(qū)動(dòng)端的驅(qū)動(dòng)電

3、機(jī)通過(guò)蝸輪蝸桿副驅(qū)動(dòng)3組驅(qū)動(dòng)橡膠輪,壓緊力調(diào)節(jié)端的調(diào)節(jié)電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠螺母副和壓力傳感器使3組驅(qū)動(dòng)橡膠輪始終以穩(wěn)定的正壓力緊貼在管道內(nèi)壁上,從而使管道檢測(cè)機(jī)器人具有充裕并且穩(wěn)定的牽引力,其值可達(dá) .該機(jī)器人的結(jié)構(gòu)緊湊,工作可靠.3. 研制成"油/氣管道在線檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)",油/氣管道壁厚及缺陷檢測(cè)裝置采用傳感器陣列方式同時(shí)采集被測(cè)管壁的周向信息,傳感器陣列徑向方向可調(diào),以適應(yīng)被測(cè)管徑的變化;檢測(cè)裝置在管道檢測(cè)機(jī)器人的拖動(dòng)下還可以沿被測(cè)管

4、道軸向運(yùn)動(dòng),以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離在線檢測(cè).其特征是基于電磁式漏磁測(cè)量原理,采用程控恒流勵(lì)磁檢測(cè)與管道檢測(cè)機(jī)器人軸向運(yùn)動(dòng)交替進(jìn)行的微型計(jì)算機(jī)控制方案,在管道內(nèi)同時(shí)對(duì)管壁周向,分時(shí)對(duì)管壁軸向進(jìn)行長(zhǎng)距離在線檢測(cè),大大地減小了檢測(cè)裝置在管道內(nèi)軸向運(yùn)動(dòng)的阻力和測(cè)量頭部件的磨損.整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)采用有線方式控制,由管道檢測(cè)機(jī)器人的本體、傳感器系統(tǒng)、管道檢測(cè)機(jī)器人控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、相應(yīng)的輔助設(shè)備等五部分組成.在整個(gè)系統(tǒng)中,機(jī)器人本體以及無(wú)損檢測(cè)傳感器和地面機(jī)

5、動(dòng)控制站之間采用網(wǎng)線和特殊光纖利用TCP/IP實(shí)現(xiàn)相互之間的通信.針對(duì)該管道檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)還重點(diǎn)介紹了嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、CCD圖像采集模塊、漏磁無(wú)損檢測(cè)功能模塊以及管道檢測(cè)機(jī)器人的本體.4.為了驗(yàn)證理論分析的正確性和了解管道檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)的綜合性能,對(duì)管道檢測(cè)機(jī)器人的樣機(jī)和相應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)傳感器進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究.從實(shí)驗(yàn)的角度驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的管道檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)的合理性和正確性.5.根據(jù)管道檢測(cè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及其特有的管道運(yùn)行環(huán)境,從

6、理論上分析了管道檢測(cè)機(jī)器人在管道中的運(yùn)動(dòng)學(xué)穩(wěn)定性.建立了管道內(nèi)受限機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型,并根據(jù)這一模型利用奇異攝動(dòng)理論對(duì)管道檢測(cè)機(jī)器人在直管內(nèi)和彎管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了研究,并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真研究得出了管道檢測(cè)機(jī)器人在管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性條件.從理論上分析并確認(rèn)了管道檢測(cè)機(jī)器人在管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)的可能性和穩(wěn)定性,證明了管道檢測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)計(jì)算的合理性.6.將模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于管道檢測(cè)機(jī)器人的控制,以實(shí)現(xiàn)管道檢測(cè)機(jī)器人的自主控制.根據(jù)管道檢測(cè)