城市排水管道穿纜檢測(cè)機(jī)器人控制技術(shù)研究.pdf

1、城市排水管道的檢修和疏通作業(yè)一直是困撓城市居民日常生活和工業(yè)生產(chǎn)的難題。主要是因?yàn)榕潘艿缆裼诘叵?，污水中雜質(zhì)含量高，能見度低，排水管底部有大量淤泥，常規(guī)作業(yè)很難適應(yīng)其要求，不便于人工和機(jī)械進(jìn)行管道內(nèi)的檢測(cè)、疏通和穿纜作業(yè)。文中提供了一種方便可行的方法，并研制出了城市排水管道穿纜、檢測(cè)機(jī)器人。本機(jī)器人將能帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。 文中，針對(duì)城市排水管道機(jī)器人的特殊作業(yè)環(huán)境，在制定了機(jī)器人本體設(shè)計(jì)指標(biāo)和要求的基礎(chǔ)上

2、，對(duì)機(jī)器人的總體方案進(jìn)行了確立和分析。通過對(duì)機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境參數(shù)的分析，機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)采用了模塊化的設(shè)計(jì)，并對(duì)機(jī)器人的各功能模塊的工作原理進(jìn)行了可靠性分析，進(jìn)一步優(yōu)化完善了機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 分析了機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)的傳動(dòng)特性，建立了動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模，在MatLab環(huán)境中進(jìn)行仿真，得到了動(dòng)力系統(tǒng)傳動(dòng)特性的仿真曲線圖，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)性能好的特點(diǎn)。建立了動(dòng)力系統(tǒng)的PID控制模型，設(shè)計(jì)了具有良好控制性能的

3、速度、位置雙閉環(huán)控制器。 管道機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)采用了上、下位機(jī)系統(tǒng)和模塊化設(shè)計(jì)。上位機(jī)硬件系統(tǒng)采用了ATmegal6L單片機(jī)、LCD液晶顯示器和鍵盤等；下位機(jī)硬件系統(tǒng)采用了ATmega8L單片機(jī)、傾角傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和光電碼盤等組成；并設(shè)計(jì)了上下位機(jī)系統(tǒng)的硬件電路。上位機(jī)和下位機(jī)之間采用了485異步串行通信，實(shí)現(xiàn)有纜遙控。 在軟件控制上，建立了管道坐標(biāo)系和機(jī)器人坐標(biāo)系，在兩個(gè)坐標(biāo)系之間，定義了機(jī)器人的姿態(tài)角，給出了機(jī)

4、器人可能的幾種姿態(tài)，并對(duì)幾種姿態(tài)給出了相應(yīng)的軟件控制策略。對(duì)于傾角傳感器的輸出和輸入之間的非線性，合理的進(jìn)行了曲線擬合，優(yōu)化了檢測(cè)系統(tǒng)；建立了手動(dòng)和自動(dòng)兩套控制策略；提高了系統(tǒng)的可靠性。細(xì)化了上、下位機(jī)的執(zhí)行任務(wù)，上位機(jī)主要負(fù)責(zé)機(jī)器人的上層控制策略和算法；下位機(jī)執(zhí)行上位機(jī)的命令，上傳機(jī)器人姿態(tài)。制定了RS-485異步串行通信協(xié)議，完善了通信系統(tǒng)。 通過管道機(jī)器人的行走速度測(cè)試、轉(zhuǎn)彎半徑測(cè)試、管道內(nèi)壁滑動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)試和越障能力等試