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原文传递管道检测机器人系统及其基于模糊神经网络控制的研究

论文题名：	管道检测机器人系统及其基于模糊神经网络控制的研究
关键词：	管道检测机器人;压紧力调节机构;平行四边形轮腿机构;运动稳定性分析;模糊神经网络;智能控制;增强学习
摘要：	该文主要的研究工作及创新点如下:1.在查阅和掌握大量有关管道检测机器人文献资料的基础上,系统地研究了管道检测机器人的运动原理、驱动方式以及结构形式,并详细地讨论了管道检测机器人本体研制的相关技术问题,介绍了六种适应不同管径的常用的压紧力调节机构,分析了每种压紧力调节机构的力学特性,并比较研究了各种调节机构的优缺点,指出了在管道检测机器人设计中应该注意的几个主要问题.该管道检测机器人采用模块化结构设计方案,由驱动模块和压紧力调节模块组成,从而便于管道检测机器人的安装、运输和使用维护,其基本参数为:适用于管道直径范围为的直管以及弯曲角度不大于的弯管,机器人本体重量为 ,长度为 ,有效牵引力达到 ,运行速度为 .2.基于轮式和履带式机器人的驱动特征,设计开发了一种新的管道检测机器人驱动机构.该管道检测机器人驱动机构采用平行四边形轮腿机构的形式,机器人的3组驱动橡胶轮在圆周方向成120o均匀分布,在轴向截面内,前后两组驱动橡胶轮布置在同一组平行四边形机构上,驱动端的驱动电机通过蜗轮蜗杆副驱动3组驱动橡胶轮,压紧力调节端的调节电机通过滚珠丝杠螺母副和压力传感器使3组驱动橡胶轮始终以稳定的正压力紧贴在管道内壁上,从而使管道检测机器人具有充裕并且稳定的牵引力,其值可达 .该机器人的结构紧凑,工作可靠.3. 研制成"油/气管道在线检测机器人系统",油/气管道壁厚及缺陷检测装置采用传感器阵列方式同时采集被测管壁的周向信息,传感器阵列径向方向可调,以适应被测管径的变化;检测装置在管道检测机器人的拖动下还可以沿被测管道轴向运动,以实现长距离在线检测.其特征是基于电磁式漏磁测量原理,采用程控恒流励磁检测与管道检测机器人轴向运动交替进行的微型计算机控制方案,在管道内同时对管壁周向,分时对管壁轴向进行长距离在线检测,大大地减小了检测装置在管道内轴向运动的阻力和测量头部件的磨损.整个机器人系统采用有线方式控制,由管道检测机器人的本体、传感器系统、管道检测机器人控制系统、照明系统、相应的辅助设备等五部分组成.在整个系统中,机器人本体以及无损检测传感器和地面机动控制站之间采用网线和特殊光纤利用TCP/IP实现相互之间的通信.针对该管道检测机器人系统还重点介绍了嵌入式计算机控制系统、CCD图像采集模块、漏磁无损检测功能模块以及管道检测机器人的本体.4.为了验证理论分析的正确性和了解管道检测机器人系统的综合性能,对管道检测机器人的样机和相应的无损检测传感器进行了相关的实验研究.从实验的角度验证了所设计的管道检测机器人系统的合理性和正确性.5.根据管道检测机器人运动的特点及其特有的管道运行环境,从理论上分析了管道检测机器人在管道中的运动学稳定性.建立了管道内受限机器人运动的动力学模型,并根据这一模型利用奇异摄动理论对管道检测机器人在直管内和弯管内的运动稳定性问题进行了研究,并通过计算机仿真研究得出了管道检测机器人在管道内运动的稳定性条件.从理论上分析并确认了管道检测机器人在管道内运动的可能性和稳定性,证明了管道检测机器人设计计算的合理性.6.将模糊神经网络技术用于管道检测机器人的控制,以实现管道检测机器人的自主控制.根据管道检测机器人所处的非结构的管道运行环境,采用增强型模糊控制神经网络自学习算法,对管道检测机器人的智能自主学习控制进行了计算机仿真研究,仿真结果表明该算法可以在一定的程度上改善控制效果.
作者：	徐小云
专业：	精密仪器及机械
导师：	颜国正;丁国清
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2003
正文语种：	中文