综合管廊智能巡检机器人的设计

针对城市地下综合管廊的巡检、监控问题,设计了一种实用的、可以代替人工进入管廊中进行巡检、数据采集和灾害报警的机器人装置,详细论述了巡检机器人的组成和功能,利用该巡检机器人系统可以实现对综合管廊的自动巡检,实现综合管廊的现场灾害处置,为城市工程管线的可靠运行提供全面的技术保障。     

一种城市地下综合管廊巡检机器人系统的设计与实现

城市地下综合管廊承载着一座城市的信息、能源与水源传输的重任,是城市安全运行的"生命线"。管廊内苛刻的环境与纷杂的设施,使得传统的人工巡检与管理已无法满足城市地下管廊的安全运维和灾害应急工作。因此研制了一种可替代人工巡检作业的巡检机器人系统。本课题设计的管廊巡检机器人系统融合了机器人技术、嵌入式技术,物联网通信技术,传感检测技术,数据库技术,C++/QT软件开发等技术。文章阐述了巡检器机器人系统的整体设计方案包括硬件设计和软件设计,分析了实现过程的关键技术,样机实际测试使用达到较为满意的效果。     

适应不平地面的Mecanum四轮全方位小车结构及运动学模型

为了在存在局部不平地面条件下应用Mecanum四轮全方位小车,总结出实际楼宇环境下存在的四类不平地面类型,分析给出对应于四种不平地面条件下Mecanum轮与地面的四种接触状态;针对四类接触状态,提出一种新的适应不平地面的Mecanum四轮全方位小车结构;用矢量及坐标变换方法解析了这种小车结构在不平地面条件下的运动学特性,分析给出了该小车的运动学条件及其适用范围;得出了该四轮小车在不平地面上运行的六维运动学模型。     

巡检机器人机械结构设计探究

巡检机器人实用功能性强大,可为城市发展建设提供有力支持。在城市综合管廊的安全巡检工作中可运用到综合管廊巡检机器人,所以本文希望设计一种可在复杂管廊环境中稳定运行、输出的巡检机器人机械结构组织。文中首先从管廊环境分析切入,然后分析巡检机器人的总体结构设计内容,最后对综合管廊巡检机器人的整体机械结构设计过程展开计算分析。     

四轮驱动电动小车的控制系统设计

设计了一个四轮驱动、前轮转向的电动小车的单片机控制系统,实现了四轮轮毂电机速度的闭环控制。分析电动小车运动学模型,制定出电动小车四轮的控制算法,实现电动小车的差速转向。运用Matlab软件进行仿真,并在样机上进行试验,通过大量的试验和仿真的数据及图形,验证了小车运行的稳定性。     

电动固定平台搬运车四轮转向系统的分析与设计

确定了电动固定平台搬运车四轮转向系统的总体结构布置,基于两套交叉式双梯形转向机构的运动分析和四轮转向瞬时转动条件的分析,建立了前后转向轮之间的转角关系和机构优化设计模型,运用MATLAB优化工具箱获得了具有应用价值的设计结果。     

一种管状带式输送机巡检小车的传动机构设计

研究该小车的目的是替代人工巡检且检测管状带式输送机的扭管、胀管以及托辊噪音等问题。通过在小车壳体内安装的可见光摄像头以及拾音器等设备传输的图像和声音等数据,再经过人工分析判断,即可完成皮带线相关问题的检测。实验数据显示,该种小车可以在预先设定好的机架上稳定移动,代替了人工巡检的繁重工作,改变了人工间断的巡检方式,提高了巡检工作的延续性与可靠性,增加了巡检工作的安全性。该种小车的传动机构设计内容包括电机的转速计算和选型,传动齿轮参数确定,轴承、端盖、外壳、联轴器、摩擦轮以及齿轮轴的设计或选型等。     

模拟退火算法优化转运小车转向的梯形机构设计

转运小车转向的梯形机构的模型设计中,转向梯形底角和梯形臂长度两个设计变量的最佳组合精度,对转运小车的转向性能和操纵稳定性有着直接影响,提出模拟退火算法的转运小车转向梯形机构模型优化设计方法。分析转运小车的理想转向过程和实际转向过程,创建转运小车转向梯形机构设计模型。构建该模型的目标函数,确保转运小车外前转向轮理论转角和实际转角的相对误差加权求和最小。利用模拟退火算法求解该模型,并引入群智能方法改进原算法,得到转运小车转向梯形底角和梯形臂长度两个设计变量的最佳组合。实验结果表明：转运小车的转向梯形底角和梯形臂长度分别为79.1 deg、78 mm时,该方法所求为最优解,此时转运小车进行任意转向运动时的外前转向轮理论转角和实际转角的相对误差均低于0.15%。     

基于不完全齿轮齿条转向的避障小车研究

设计了一种以不完全齿轮和齿条啮合来控制转向的避障小车。小车在前行过程中能自动避开相隔一定距离的障碍物。该小车由转向系统、传动系统和车架等组成。转向系统由两个不完全齿轮与齿条啮合驱动转向轮转向;传动系统由齿轮机构组成。实践表明该避障小车的设计是合理可行的。     

基于Mecanum轮的全方位运动平台的构建与分析

基于Mecanum轮的全方位运动平台,可以在不组装任何转向机构的情况下,通过控制各个轮子的轮速和转向实现运动平台在各个方向上的移动。研究探讨了全方位运动平台的组装搭建,对其运动原理进行了分析,得出合理的控制方式,有利于全方位运动平台的实现。     

Steering control algorithm for efficient drive of a mobile robot with steerable omni-directional wheels

Omnidirectional mobile robots are capable of arbitrary motion in an arbitrary direction without changing the direction of wheels because they can perform 3-DOF motions on a plane. This paper presents a novel mobile robot design with steerable omnidirectional wheels. This robot can operate in either omnidirectional or differential drive modes, depending on the drive conditions. In the omnidirectional mode, the robot has 3 DOF in motion and 1 DOF in steering, which can function as a continuously variable transmission (CVT). The CVT function can be used to enhance the efficiency of the robot operation by increasing the range of the velocity ratio of the robot velocity to wheel velocity. The structure and kinematics of this robot are presented in detail. In the proposed steering control algorithm, the steering angle is controlled such that the motors may operate in the region of high velocity and low torque, thus operating with maximum efficiency. Various tests demonstrate that the motion control of the proposed robot works satisfactorily and the proposed steering control algorithm for CVT can provide a higher efficiency than the algorithm using a fixed steering angle. In addition, it is shown that the differential drive mode can give better efficiency than the omnidirectionaldrive mode.     

A Novel Integrated Stability Control Based on Differential Braking and Active Steering for Four-axle Trucks

Di erential braking and active steering have already been integrated to overcome their shortcomings. However, existing research mainly focuses on two-axle vehicles and controllers are mostly designed to use one control method to improve the other. Moreover, many experiments are needed to improve the robustness; therefore, these control methods are underutilized. This paper proposes an integrated control system specially designed for multi-axle vehicles, in which the desired lateral force and yaw moment of vehicles are determined by the sliding mode control algorithm. The output of the sliding mode control is distributed to the suitable wheels based on the abilities and potentials of the two control methods. Moreover, in this method, fewer experiments are needed, and the robustness and simultaneity are both guaranteed. To simplify the optimization system and to improve the computation speed, seven simple optimization subsystems are designed for the determination of control outputs on each wheel. The simulation results show that the proposed controller obviously enhances the stability of multi-axle trucks. The system improves 68% of the safe velocity, and its performance is much better than both di erential braking and active steering. This research proposes an integrated control system that can simultaneously invoke di erential braking and active steering of multi-axle vehicles to fully utilize the abilities and potentials of the two control methods.     

电液耦合转向系统应急转向控制方法研究

针对重载商用车应急转向难题,提出一种采用新型电动化的商用车电液耦合转向系统(Integratedelectric-hydraulic steeringsystem,IEHS)实现应急转向的新方法,针对电液耦合转向系统应急转向切换控制平顺性和时效性关键问题,研究一种基于混杂理论的电液耦合转向系统应急转向控制方法,以满足最新应急转向法规对重载商用车转向系统的新强制要求。其中,上层根据混杂切换逻辑进行正常转向与应急转向模式的切换控制,下层采用模糊PID控制对目标电流的精准跟随。在MATLAB/Simulink环境下进行正常转向和应急转向之间切换控制的仿真验证,同时在硬件在环试验台架上进行对应急转向功能的试验验证。仿真和试验结果表明,所提出的应急转向控制方法能够在电液耦合转向系统液压部分失效的情况下较好地实现应急转向功能,并保证混杂切换的时效性和平顺性,满足应急转向法规的要求。     

多轴车辆线控液压转向系统设计及转角控制

为减小多轴转向车辆货厢部位的第三轴转向轮转向磨损,要求该车轮与驾驶室部位的前转向轮转角关系满足阿克曼转向原理。针对某型号8×2四轴重型车辆,设计出一种第三轴线控液压转向系统,并建立其动力学模型,设计了基于指数趋近律的滑模控制器对第三轴转向轮转角进行控制,选取典型工况对所设计的控制器进行了仿真分析,并进行实车试验验证。研究结果表明：基于指数趋近律的滑模控制比基于比例切换函数的滑模控制及开环控制响应更快速、趋近目标值时间及超调持续时间更短、稳态差值更小;与采用机械液压转向系统相比,安装基于该控制器的线控液压转向系统不仅能显著提高第三轴轮胎的转向抗磨损性能,同时也改善了整车的转向性能。     

Dynamic Modeling and Analysis of 9-DOF Omnidirectional Legged Vehicle

The omnidirectional legged vehicle with steering-rails has a specific mechanism feature, and it can be controlled flexibly and accurately in omnidirectional motion. Currently there lacks further research in this area. In this paper, the mechanical characteristics of independent walking control and steering control and its kinematics principle are introduced, and a vehicle has a composite motion mode of parallel link mechanism and steering mechanism is presented. The motion direction control of the proposed vehicle is only dependant on its steering rails, so its motion is simple and effective to control. When the relative motion between the walking and steering is controlled cooperatively, the vehicle can walk perfectly. By controlling the steering rails, the vehicle can walk along arbitrary trajectory on the ground. To achieve a good result of motion control, an equivalent manipulator model needs to be built. In terms of the mechanism feature and the kinematic principle, the simplified manipulator model consists of a rail in stance phase, a rail in swing phase, and an equivalent leg. Considering the ground surface slope during walking, a parameter of inclination angle is added. Based on such a RPP manipulator model, the equations of motion are derived by means of Lagrangian dynamic approach. To verify the dynamic equations, the motion of the manipulator model is simulated based on linear and nonlinear motion planning. With the same model and motion parameters, the dynamic equations can be solved by Matlab and the calculation data can be gained. Compared with the simulation data, the result confirms the manipulator dynamic equations are correct. As a result of such special characteristics of the legged mechanism with steering rails, it has a potential broad application prospects. The derivation of dynamics equation could benefit the motion control of the mechanism.     

智能汽车路径跟踪混合控制策略研究

针对传统单一控制算法无法有效协调智能汽车不同转向工况下横向控制性能要求的问题,根据智能汽车在高速和低速转向工况下呈现出的系统特性差异,设计了一种基于PID控制和模型预测控制的智能汽车路径跟踪混合控制策略。该控制策略在低速模式下采用PID控制,在高速模式下则采用模型预测控制,通过车辆速度确定路径跟踪控制模式,进而设计带稳定监督的控制模式切换机制,实现了横向控制系统的平滑切换。基于Carsim和MATLAB/Simulink仿真平台对所设计的智能汽车路径跟踪混合控制策略进行了仿真验证,在此基础上,进一步完成了实车试验。仿真和实车试验结果表明,所设计的混合控制策略能够保证智能汽车不同速度下的路径跟踪性能,具有较好的跟踪精度、实时性和车辆行驶稳定性。     

基于阿克曼定理的四轮独立转向模糊控制算法研究

基于阿克曼转向定理,研究电动汽车四轮独立转向系统。利用轮胎"魔术公式"建立二自由度非线性模型,并提出一种基于模糊策略的方法对其质心侧偏角进行控制。整车系统仿真的输入为左前轮车轮转角,其余3个车轮转角由模糊控制决定。质心侧偏角作为模糊控制器的输入,满足阿克曼定理的3个车轮转角作为其输出,由此实现四轮独立转向的控制。仿真研究结果表明所提出算法的有效性。     

基于RFID和GPS技术的电力设备巡检系统设计与实现

设计并实现了一种基于R FID和GPS技术的由现场设备、R FID标牌、巡检手持机和管理后台组成的电力设备巡检系统,系统设计采用多层架构,是基于分布式、计算机网络、数据库等技术的B/S和C/S混合模式的后台管理系统,实现了手持机和后台的数据同步与传输,现场应用表明,该系统很好地实现了电力设备巡检的无纸化作业,大大提高了巡检过程以及处理巡检结果数据的工作效率。     

基于视频监控的变电站巡检巡视系统设计

针对当前系统未能对变电站红外图像进行异常检测,导致变电站巡检巡视性能下降,平均测试时间和误报率增加,提出一种基于视频监控的变电站巡检巡视系统。 分别设计系统管理子模块、状态监测子模块和智能辅助控制子模块,对通过视频监控采集到的变电站图像进行 RGB 值校正,将输入空间样本映射到特征空间中,得到对应的数据集。 采用核猫群红外图像异常检测方法对变电站进行检测,最终获取异常区域,实现变电站巡检巡视。 通过和已有系统进行实验对比可知,所设计系统能够有效降低平均测试时间和误报率,同时还能够提升巡检巡视性能。     

基于物联网的无人值守机房智能巡检管理模式研究

为 了 解 决 传 统 自 动 化 机 房 采 用 人 工 巡 检 存 在 错 检 和 漏 检 等 问 题 ,提 出 了 一 种 基 于 物 联 网 的 无人 值 守 机 房 智 能 巡 检 管 理 新 模 式 。 引 入 物 联 网 、云 服 务 等 新 一 代 技 术 ,通 过 设 计 无 人 值 守 机 房 的 物 联 网 系统 ,对 智 能 巡 检 管 理 模 式 的 总 体 架 构 进 行 了 介 绍 ,并 重 点 阐 述 了 无 人 值 守 自 动 化 运 行 方 案 、智 能 巡 检 机 器 人以 及 智 能 巡 检 优 化 策 略 等 关 键 技 术 的 实 现 方 法 。 智 能 巡 检 管 理 新 模 式 的 建 立 ,有 助 于 提 升 无 人 值 守 机 房 的管 理 水 平 ,具 有 重 大 的 实 际 工 程 应 用 价 值 。