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螺旋轮式驱动管道检测机器人控制系统研究与实现
| 论文题名： | 螺旋轮式驱动管道检测机器人控制系统研究与实现 |
| 关键词： | 管道检测;机器人;结构设计;控制系统 |
| 摘要： | 近年来，国家经济水平快速稳定的提高为管道工业的发展创造了良机，管道建设量呈井喷式增长。然而，随着管道使用量的增加，受自身质量、地质灾害、化学腐蚀等因素影响，管道泄漏事故也会相应增多，严重威胁着自然环境和人身安全。如何对现役管道定期进行有效地检测、维护来延长管道寿命，防止管道泄漏，成为了一个新课题。传统的人工检测很难胜任内部结构复杂或输送有害介质的管道检测任务，而新兴的管道检测机器人技术将会成为未来极具吸引力的研究领域。 本研究在广泛调查国内外管道机器人发展现状的基础上，借鉴了近年来国内外的研究成果，自主研发了一台螺旋轮式驱动管道检测机器人样机。在机械结构设计上，为了有效解决常规机器人在倾斜、垂直管道内移动困难，难以适应微小管径变化等问题，提出了一种适用于小管径管道带有高强度弹簧压壁装置的螺旋轮式机构管道机器人，由一台直流电机驱动即可运行；在控制系统设计上，为了实现机器人在管道内灵活移动和精确控制，建立了以PIC单片机为系统核心控制器，数字式PWM为电机驱动控制方式，车轮移动速度为反馈量的全闭环伺服控制系统。此外，为了完成机器人对管道内部情况如倾斜度、障碍物距离、温湿度的检测，还装备了专用的功能模块和检测元件。 其次，利用C＃语言开发出一套上位机控制软件，通过Wifi无线通讯的方式实现了对管道机器人的远程遥控，并且能够记录、显示机器人上传的检测数据和图像，以及在线实现图像预处理功能。为了提高控制系统的精度和性能，采用了基于直流电机数学模型的传统PID控制算法和模糊自适应PID控制算法两种控制策略，并通过simulink仿真证明了模糊自适应PID控制算法在管道机器人控制上的优越性。 最后，借助实验平台，对管道检测机器人样机进行了全方位的测试，验证了样机在倾斜、垂直管道内运行的稳定性以及图像采集、管道检测功能的有效性。 |
| 作者： | 王毅 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 邵磊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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