螺旋轮式小型管道机器人控制系统的设计

作业管径小于80mm的小型管道机器人广泛应用于化工、制冷、核电站等领域的检测、维修,其移动结构及信号采集和处理技术具有较高的实用价值和学术意义.采用螺旋轮式结构设计了内径为60mm的小型管道机器人,其原理简单、结构紧凑、控制方便.螺旋轮式移动的主体结构,确保管道机器人具有较大的牵引力和移动速度.管道机器人在管道内的数据信号,由搭载在微型管道机器人的移动结构上的DSTJ-3000智能差压压力传感器采集传送到C8051F330单片机,通过无线蓝牙数传模块,将数据传输到上位机,利用Visual Basic程序软件实现计算机对管道机器人的控制.螺旋轮式小型管道机器人控制系统能够自由控制前进、后退、调速、自锁等,其动作状态数据也可利用上位机软件显示或打印.     

主动避障式管道机器人结构设计及动力学仿真

为了解决轮式管道机器人在管道内越障能力不足的问题,设计一种主动避障管道机器人,并运用ADAMS进行动力学仿真分析。首先分析了管道机器人结构原理和运动特性。随后运用ADAMS建立虚拟样机,对管道机器人的避障能力、直行能力以及过弯能力进行仿真分析。仿真结果表明,该管道机器人可自动适应148～152 mm管径;可通过的最小转弯半径为304 mm;可实现在管道内部主动避障,同时具有良好的动力特性。     

超声避障技术在轮式机器人导航中的应用研究

随着智能控制的发展,机器智能化成为大势所趋。其中轮式机器人是一种集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统,它集中地运用了计算机技术、人工智能与自动控制技术、现代传感器技术、信息与通信等技术,是典型的高新技术的综合体。其中轮式机器人障碍物探测是机器人前进的前提。通过采用超声波探测原理,设计了轮式机器人障碍物探测系统。仿真和实验证明,该系统能够很好的探测轮式机器人前方的障碍物,为后续机器人的避障控制提供了重要依据。     

驱动轮转向可控管道机器人的设计与运动分析

为了解决机器人在管道内姿态调节困难、避障能力较弱等问题,文章提出一种通过改变驱动轮转向来快速调节在管道内姿态的轮式管道机器人。该机器人可沿着管道作直线运动,也能绕管道中心轴线沿内壁作螺旋运动和回转运动,同时具有避障能力。通过建立机器人驱动轮转向过程的位姿模型,分析了弹簧以及管道内壁对机器人的正压力的变化过程;建立管道机器人驱动轮转向时的运动学模型,并进行了仿真分析。仿真结果表明了该管道机器人的有效性和实用性。     

智能机器人家用吸尘功能的设计与实现

本文从智能机器人家用吸尘功能的特点出发,采用由上海广茂达公司生产的能力风暴机器人,以此机器人为平台,利用红外传感器、光敏传感器等对环境进行检测,驱动电机,使机器人在场地中按照预定的方案遍历整个房间,设计出一套轮式机器人的家用吸尘功能的实现方案。     

具有自适应性仿生腿及行走方式可切换式汽车

高性能移动机器人主要用于灾难搜救、星球探测、军事侦察、矿山开采等非结构化环境中,其移动系统可分为轮式、腿式、履带式以及轮腿结合式4类。其中,轮腿式机器人不仅具备腿式机器人的高越障性能和对复杂地形的高适应性能,还兼备轮式机器人在平整地面上滚动的高速高效性能。具有自适应性仿生腿及行走方式可切换式汽车综合了轮式系统和腿式系统的优势,具备多种运动姿态,包括滚动、攀爬楼梯等,具有运行平稳、带负载能力强以及越障性能好的优点。可作为移动机器人平台搭载相关设备完成星球探测、军事侦察、扫雷排险等多种工作。     

新型管道机器人运动学和力学特性分析

目的研究新型步进式管道机器人运动学和力学性能,揭示管道机器人的运动规律,验证其运动状态和工作特性.方法采用理论建模和基于ADAMS软件仿真分析的方法,获得管道机器人相关机构的运动规律曲线以及机器人在管道内步进运动时活塞驱动力变化规律曲线.结果机器人能够适应管道直径范围为750~1 021.5 mm,步距为103 mm,速度和加速度曲线平滑,运行稳定,无震颤现象;当承受负载4 000 N时,伸缩夹紧机构驱动力变化范围为1 407.6~18 113.7 N,步进单元驱动力范围为1 978.46~7 645.38 N,驱动力曲线平滑,无力冲击,可驱动性能良好.结论该新型管道机器人的运动性能满足功能要求,具有适应管径范围大、速度快、运动平稳和驱动性能好等优点.     

基于多传感器的自动寻迹轮式机器人设计

本文介绍了一种基于嵌入式微处理器S3C2410和融合多种传感器控制的轮式移动机器人。具体分析了各个模块的设计．实现了机器人的自动避障测距、寻迹、显示等功能。实验证明,该机器人控制系统具有模块化、易扩展、硬件体积小、功耗低及可靠性高等优点。     

面向环形管道的电力巡检机器人设计与环境建图

在大型水电站中,离相封闭母线（isolated phase enclosed bus, IPB）只能通过预防性试验对设备状态进行检查,难以目视外观检查。为解决这种密闭狭小空间的环形管道的巡检困难问题,提出了一种可在水平、竖直段上行走的轮式攀爬机器人。首先,对攀爬机器人移动和附着方式进行对比分析,根据实际工况,选用轮式推力附着方式并基于该方式对机器人整体结构进行力学分析;通过搭建的模拟IPB管道内的运动实验,结果验证了巡检机器人满足水电站内IPB管道的检修需求且具有良好的适应性;设计基于柱坐标的点云配准方法,解决了管道内无法正确建图的问题,且计算时间优于激光雷达里程计建图 (lidar odometry and mapping, LOAM)及迭代最近点 (iterative closest point, ICP)算法,拓展了激光雷达点云建图的应用范围。     

基于多超声波传感器的避障系统设计

机器人在运动过程中，所面临的环境中障碍物的位置和形状、大小等都是未知的。超声波避障系统可以使机器人向所判断的方向运动，6个超声波传感器分别从三个方向（左、中、右）实时探测环境中的障碍与机器人本体的距离，避开障碍。文章介绍了超声波避障系统的构成方法、软件流程，给出了实验结果。对进一步工作做了展望。     

用于高温气冷堆燃料元件检测的外装式检测系统

为准确检测球床式高温气冷堆装卸料系统不锈钢管道内燃料球的过球信息,该文设计了外装式过球信息检测系统。该系统的涡流传感器采用了双半圆结构,其安装和维护都无需破坏过球管道。信号处理部分采用了直接数字频率合成技术(DDS)、高速鉴频鉴相技术和幅值检波技术,有效提取了过球信号,并通过阈值判断和形状比较相结合的方法,准确区分了过球信号和干扰信号。实验表明,在过球速度为0.1~10m/s范围内,该系统能够准确地检测离散过球和连续过球。     

用于高温气冷堆燃料元件检测的外装式检测系统

为准确检测球床式高温气冷堆装卸料系统不锈钢管道内燃料球的过球信息,该文设计了外装式过球信息检测系统。该系统的涡流传感器采用了双半圆结构,其安装和维护都无需破坏过球管道。信号处理部分采用了直接数字频率合成技术(DDS)、高速鉴频鉴相技术和幅值检波技术,有效提取了过球信号,并通过阈值判断和形状比较相结合的方法,准确区分了过球信号和干扰信号。实验表明,在过球速度为0.1～10m/s范围内,该系统能够准确地检测离散过球和连续过球。     

一种新型管道检测机器人系统

摘要：研制了适用于管径为400～650mm的煤气管道内缺陷自动探测系统．该系统由采用远程网络控制技术的管道机器人移动机构、无损检测传感器和地面工作站等组成．综述了管道检测机器人的系统总体设计、关键技术和性能实验．实验结果表明，所研制的管道检测机器人系统在管道中运行平稳，具有稳定的牵引力，其值可达1．404kN，适用于400-650mm管径的油气管道检测．     

单轴定位磁标识清管器方法研究

为得到单轴磁传感器在磁源标识清管器定位中的最佳探测姿态,采用数值模拟的方法,对直管和弯管进行建模分析,取清管器正上方测面处的多个测点,分别研究各测点在空间多个方向上的磁场波动值,通过比较波动值大小即可得到最佳的探测方向。根据实际管道铺设方式的不同,对水平走向管道进行分析,得知当清管器通过探测点时,垂直于管道轴线方向的磁波动分量值最大,该波动值可被单轴传感器有效检测。采用管道倾角θ及管道偏角γ这2个变量来描述弯折管道,结果表明,在与管道相垂直的方向上磁波动分量值最大,并且综合倾角与偏角均存在的情况,单轴传感器也应垂直于管道安装。进行了相关的等效实验,验证了数值模拟结果的正确性。由此可得,探测时单轴磁传感器测量方向应垂直于管道轴线方向。     

稠油油井出砂实时监测关键技术研究

在油井出砂监测系统中,出砂信号检测传感器为其关键技术之一.提出采用PVDF压电薄膜为敏感材料,设计了缠绕型的出砂信号检测传感器.给出了传感器的结构、工作原理和信号处理原理.传感器应用在稠油油井出砂模拟系统中,识别出了砂粒对管壁碰撞后产生的声波信号,从而验证了该新型传感器工作的有效性,且其具有易于安装、灵敏度高的特点.试验结果表明,由该传感器检测流体中的含砂量具有较高的精度.     

基于信息融合的海底管道机器人自主定位控制

提出了利用电涡流传感器探测油气管线中的焊缝,实现管道机器人在管线内的粗略定位,再结合里程仪进行相邻焊缝间精确定位的定位控制方法．针对管道机器人爬行速度不稳定所导致的焊缝漏检问题,提出了利用里程定位信息容错漏检焊缝的产生式规则．此外,为了保证里程信息的可靠性,应用多个里程仪为管道机器人提供里程定位数据,并采用一致性数据融合算法对冗余里程信息进行融合处理,同时提高了管道机器人的管内定位精度．模拟油气管道台架上进行的管内定位实验和现役石油管线上的工程应用验证了该定位方法的可行性．     

Research on a New-style Pipeline Inspection Robot System

IntroductionRecently pipe is used widely on the industry,agriculture and daily life. Natural gas and oil supplybecomes one of the fundamental public services and itsimpact on the urban infrastructure is getting larger. Theurban oil/gas pipelines, as they are buried under theground, are prone to external corrosion usually derived bymoisture and chemical agent in soil, which causes materiallosses of the pipe wall. Also, cracks in the welded regionand the da…     

基于捷联惯导的蛇形管道机器人定位算法

为解决蛇形管道探测机器人因处于地下管道,难以定位的问题,本文基于牛顿第二定律为蛇形管道探测机器人设计了一种高精度的捷联式惯性导航定位系统（Strap-down Inertial Navigation System SINS）。本系统搭载九轴惯性测量器件（IMU）对蛇形机器人的加速度及角速率信息进行测量,融合卡尔曼滤波算法对定位系统进行误差补偿,采用四元数法构造捷联式惯性导航系统姿态矩阵进行姿态更新,再积分得到速度和位移。利用MATLAB软件根据上述算法对机器人的速度、位移进行分析计算,并与机器人真实的速度位移做比较,验证算法的可靠性。实验结果表明,该算法的定位误差最大不超过4.7%,能够为管道探测机器人提供准确地速度和位置信息,具有较高的实用价值和意义。     

基于非轴对称涡流场的保温管偏心检测

保温管的偏心检测对防腐保温管的生产质量及使用寿命有重要影响。基于偏心检测的原理,提出了一种可消除管道自身形变的涡流传感器布置方式。利用电磁场数值计算方法,对非轴对称涡流场模型进行了数值分析,求得了管道表面的涡流密度与磁感应强度;并验证模型的正确性,分析了管径大小、激励频率对偏心检测中涡流传感器灵敏度的影响。理论上为保温管偏心检测涡流传感器激励频率的选择以及信号的误差分析提供了参考。     

压差式管道流量计设计

给出智能灌溉管道流量计的设计方法，以及高精度传感器的选择．该流量计适用于中低压给水管道、灌溉管道流量的精确测试，也适用于环境、水文、排水等领域管道水流量的计量工作．