螺旋轮式驱动管道检测机器人控制系统研究与实现-电气工程专业论文.docx

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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-电气工程专业论文

优秀毕业论文 精品参考文献资料 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得 天津理工大学 或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名: 签字日期: 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津理工大学 有关保留、使用学位论文 的规定。特授权 天津理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编, 以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子 文件。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名: 导师签名: 签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日 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。 关键词: 管道机器人 螺旋轮式驱动 PIC 单片机 伺服控制 模糊自适应 PID 控制 Abstract In recent years, rapid and steady improvement of national economic creates a great chance for pipeline industry so that pipeline construction amounts have increased sharply. With the growth of application amount of pipeline, however, leakage accident of pipeline would increase accordingly caused by quality issue, natural disaster and chemical rust and so on which would exert a serious threat on natural environment and personal safety. Therefore, this becomes a new problem about how to regularly and effectively check pipeline to prolong pipeline service life and prevent from pipeline leakage. It is nearly impossible to check through the traditional manual way inside the pipeline with complicated structure or dangerous sub

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