管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工機(jī)器人控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著能源行業(yè)的快速發(fā)展，油氣輸送管道的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)于油氣管道減阻的研究日益受到人們的重視。仿生減阻理論的研究結(jié)果表明，在管道內(nèi)壁加工出微型仿生結(jié)構(gòu)表面能夠起到很好的減阻效果。管道內(nèi)壁加工機(jī)器人是一種能夠在管道內(nèi)自主移動(dòng)并能在指定位置加工微型仿生減阻結(jié)構(gòu)的新型機(jī)器人。設(shè)計(jì)一種控制精度高、信號(hào)采集準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)傳輸可靠、操控方便的控制系統(tǒng)具有重要意義。
　　 對(duì)管道內(nèi)壁加工機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)及行走、加工裝置的具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，建立

2、了支撐結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程和行走機(jī)構(gòu)的牽引力方程。對(duì)仿生減阻溝槽加工過(guò)程進(jìn)行了分析，研究溝槽加工過(guò)程的力學(xué)特性。應(yīng)用輪系傳動(dòng)原理建立了加工裝置的結(jié)構(gòu)模型，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。
　　 分析了機(jī)器人的控制要求，確定了上、下位機(jī)主從式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。在對(duì)機(jī)器人不同狀態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究基礎(chǔ)上，完成了機(jī)器人單步行走、加工作業(yè)的運(yùn)動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)。對(duì)機(jī)器人連續(xù)行走步態(tài)規(guī)劃的目標(biāo)函數(shù)和約束條件進(jìn)行研究，完成了機(jī)器人連續(xù)行走步態(tài)規(guī)劃算法的設(shè)計(jì)，為實(shí)

3、現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)行走功能奠定了基礎(chǔ)。
　　 根據(jù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)及力學(xué)特性，建立加工裝置及行走裝置機(jī)電控制傳遞函數(shù)。通過(guò)對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)的分析，確定了加工裝置和行走裝置的速度-位置雙閉環(huán)控制方案。結(jié)合PID控制器的特點(diǎn)和機(jī)器人的控制要求，進(jìn)行了控制系統(tǒng)速度環(huán)和位置環(huán)控制器的研究，完成了加工裝置和行走裝置下位機(jī)控制策略的設(shè)計(jì)。應(yīng)用Simulink軟件對(duì)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和誤差進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證控制系統(tǒng)的控制能力。
　　 在前述研