电缆管道巡检机器人远程测控系统的研究与实现

采用图形化编程语言LabVIEW,通过构建多循环应用程序框架,开发了一种用于电缆管道巡检遥操作机器人的新型远程测控系统.该系统能够远程控制机器人在电缆管道内的运动并实时监测机器人沿管内行进时的位置和姿态,能通过机器人获取管内视频信息并进行Canny算子边缘处理以及对管内敷设电缆的温度监测.实际运行结果表明,该测控系统设计新颖、运行可靠、功能实用,对类似遥操作机器人的远程监测与控制系统开发有较好的参考作用.     

国外微型管内机器人的发展

本文首先论述了微型管道机器人的发展背景及与传统管内机器人的区别,然后 对几种典型常规小管径管道机器人和国外几种典型微驱动式管内微型机器人工作原理对比分 析,指出了目前管内微型机器人研究中所面临的主要问题,并对实现微管内机器人 实用化的关键技术及研究发展方向进行了探讨．     

机械自适应管道机器人的机构原理与仿真分析

针对轮式管道机器人在遇到弯管或不规则管时会发生运动干涉的问题,提出将三轴差动轮系引入管道机器人驱动系统中,使轮式管道机器人具有对管道环境的自动适应性能,并对机械自适应管道机器人的机械结构进行了设计与研究．同时,对管道机器人进行了三维建模及运动仿真分析,验证了应用三轴差动轮系的管道机器人具有较强的弯管适应能力及管内运动的稳定性．该机器人具有适应能力强、结构紧凑、驱动效率高、工作可靠及成本低的特点．     

管内步伐式行走机器人

管内步伐式行走机器人由太原理工大学研制成功，并己于１９９４年１２月通过了山西省科委的技术鉴定．该机器人可在管内双向行走，自动随管道弯度转向．本文详细阐述了机器人的机构，在力学分析的基础上介绍了脚靴的自锁机构以及牵引力和脚靴撑紧力间的关系，论述了产生大牵引力而不打滑这一管内步伐式机器人的特点．     

体内微型机器人的全方位旋进驱动特性

提出了一种由外旋转磁场驱动的体内微机器人．它以相邻径向异向磁化瓦状多磁极圆筒形NdFeB永磁体为外驱动器,以机器人内嵌同结构的NdFeB永磁体为内驱动器,外驱动器旋转时产生旋转磁场,通过磁机耦合作用于内嵌驱动器形成机器人驱动力矩,在本体外表面螺纹与流体动压力的作用下,实现机器人在管道内的在线旋进．在建立微机器人游动模型的基础上,以垂直管道为试验环境,研究了机器人的全方位驱动特性,试验结果表明机器人可以实现管道内全方位驱动．     

渗滤液导排管道检测机器人的研究

针对垃圾填埋场渗滤液导排管道检测的需要,研究了一种基于CCD摄像方法的管道检测机器人系统,该系统主要由机器人的驱动装置、预清洗装置、检测系统、控制系统和地面工作站等组成.详细介绍了管道检测机器人的系统总体设计和各组成部分的功能.经系统测试和现场实验表明,该系统能够在管道内平稳运行、传输出清晰地管道内壁图像、完成管道清洗的工作,实现管道机器人的远程信息的交换和控制.     

柔性蠕动管道机器人的牵引力及软轴结构稳定性分析

为解决柔性蠕动管道机器人的运动控制问题,提高机器人管内行走效率,对一种具有导向头和刹车轮结构的柔性蠕动管道机器人进行了深入分析和研究.通过对机器人进行管内受力分析,建立起机器人的牵引力模型;为提高机器人在不同管道环境中的运动性能,对软轴结构的运动稳定性进行了分析,提出了机器人蠕动运动失稳的概念,并采用长柱体的稳定性理论进行分析,推导出机器人在直管和L型管道中的临界失稳条件,为柔性蠕动管道机器人步距规划提供了理论依据.搭建管道实验环境进行机器人的牵引力和行走实验,测试值与理论分析基本一致,说明柔性蠕动管道机器人具有优良的牵引能力,行走过程中的运动失稳现象也验证了软轴临界失稳理论的正确性.     

主动螺旋驱动式管道机器人

提出了一种主动螺旋驱动式管道机器人,该管道机器人很好地解决了被动螺旋式管道机器人牵引力小、机械传动效率低的问题.针对主动式螺旋和被动式螺旋两种管道机器人的运动学及力学进行了对比分析,从理论上阐述了二者的区别,并完成了主动式螺旋管道机器人的结构设计、控制系统设计、样机试制及性能实验.实验结果表明,该主动式螺旋管道机器人的牵引力远远超过被动式螺旋管道机器人.该新型主动螺旋驱动式管道机器人结构紧凑、牵引力大,能更好地适应狭小管道内作业.     

多模块蛇形管道打磨机器人的设计与分析

设计了一种由多个模块构成的蛇形管道打磨机器人,各个模块之间可以快速拆装,其中驱动模块为机器人在管道中前行提供动力牵引．该机器人可以主动适应内径为250 mm~450 mm的直管道、弯管道及其组合管道,可以在管道内部实现以打磨作业为主的作业功能．同时,提出了适用于蛇形管道打磨机器人自身过弯管的速度模型,通过对机器人的力学分析得出各个模块之间相互作用力的计算方法及影响机器人在管道内部转体运动发生的因素．在ADAMS软件中进行了虚拟样机仿真验证,初步验证了蛇形管道打磨机器人的通过性并得出机器人在管道内部前行的最佳匹配．最后,搭建了实验平台,制作了机器人真实样机,验证了机器人对内径为250 mm~450 mm管道的适应性、通过性及作业效果．     

用超声波检测管道的机器人

日本NKK公司研制了一种利用超声波高精度检测管道腐蚀情况的机器人系统。60年代,各国铺设了许多远距离输送原油和天然气的管道,因而全世界都在采取措施以评定这些管道老化的情况。 该公司的机器人能以不到1毫米的精度(世界上最高的精度)测定管道的腐蚀情况,而且它所开发的分析软件可清除管道中气泡造成的超声波假数据。目前,美国Texaco国际石油公司的荷兰分公司已向NKK公司订购     

基于多传感器数据融合的管道机器人精确定位技术

针对自主管道检测机器人的管内定位问题,提出了一种能够提高定位精度的多里程仪测量数据一致性融合方法.首先基于置信距离测度概念构造了多里程仪测量数据之间的置信距离矩阵和关系矩阵,然后利用有向图方法剔除含有较大误差的或错误的测量数据,最后采用极大似然估计法求解多里程仪测量数据的最优融合值.在管道机器人智能控制器上使用C语言编程实现文中算法.在机器人的自主爬行实验过程中,通过测量模拟油气管道的焊缝间距验证了该算法的有效性.     

美国国防部制定毫米级机器人和人工智能技术计划

日前,美国国防部高级研究计划局(DARPA)制定SHort-Range独立微机器人平台计划(SHRIMP),主要用于搜索和救援任务。DARPA表示,大多数微型机器人平台受制于低能效驱动和有限的能量存储装置,未来毫米级的机器人要求能够独立运作,拥有紧凑的电源和转换器,以支持高压驱动,并显著减少电力消耗。     

直接驱动机器人单关节控制系统的研究

本文研究以ＰＷＭ装置供电的直流电动机驱动的直接驱动机器人单关节控制系统。用８０９８单片机实现模控制结构控制器，使系统在各种工况下有良好的性能。文１研究了机器人单关节电机驱动的控制问题。采用该法可减少受系统参数和负载力矩变化的影响，本文用模控制结构方法来处理问题。理论分析和实验均证明，所用方法具有很强的鲁棒性。系统参数在１００倍范围内变化时，系统都有很好的品质。     

三轴差速式管道机器人过弯管时的差速特性及拖动力分析

为解决轮式管道机器人通过弯管时的运动干涉和拖动力下降问题,减小由管道环境约束而引起的传动 件磨损,对一种具有机械自适应能力的轮式管道机器人驱动——三轴差速驱动——进行了深入分析和研究．通过对 三轴差速机构的受力分析,阐述三轴差速机构实现差速的受力原理;对三轴差速式管道机器人的差速特性及拖动力 进行研究,验证采用三轴差速机构的管道机器人具有良好的弯管通过性．     

基于电磁微马达的移动微机器人驱动控制

介绍一种基于MEMS技术制作的电磁微马达驱动的毫米级移动微机器人及其控制方案。该微型机器人体积为 9.5mm× 9.5mm× 9.5mm ,共有 3个微马达 ,两个用于轮子驱动 ,另外一个通过 3∶1的减速装置来控制微机器人全方位转动。微马达的直径只有 5mm ,是由微细加工工艺制作的。文中设计了一种新颖的控制电路 ,其核心使用微控制器 (MCU)AT90S85 15 ,通过键盘可以实现微机器人前进、后退、左转、右转和加速、减速 6种动作 ,并介绍了微马达的驱动控制方法和程序设计     

基于电磁超声的天然气管道机器人测控系统设计

分析了国内天然气管道现状及检测维护情况,针对目前天然气管道裂纹缺陷检测问题,采用电磁超声检测方法,并结合虚拟仪器技术,设计了天然气管道机器人测控系统;系统以PXI模块化仪器平台为核心,结合数据采集模块和运动控制模块构建了硬件平台,以LabVIEW编程语言为基础开发了人机交互软件平台;该系统能够控制机器人在管道内的运动,并可在管道内壁激励和接收超声导波;整个系统可靠性高、扩展性强、人机交互界面友好,满足了机器人管内电磁超声检测作业时的运动控制、数据采集及处理要求.     

毫米级潜艇形机器人在低雷诺数液体中的3D运动及微操作方法研究

为模拟机器人在人体环境中的3D运动及微操作,提出了毫米级潜艇形机器人在低雷诺数液体中保持水平姿态实现3D运动及执行微操作的方法．首先,设计并加工了潜艇形机器人以及4线圈磁驱动系统,通过COMSOL软件对磁场系统进行了有限元仿真．然后,对机器人在低雷诺数液体环境中的受力情况进行了分析,建立了机器人运动模型并研究了其多种运动模式．机器人在低雷诺数液体中可以保持水平姿态沿设定路线运动,包括垂直上升、对角上升、直角运动、螺旋上升等3D运动,最大运动速度为1.2 mm/s．通过设计的无线能量传输系统将电能引入到小尺度空间,机器人可通过无线电能驱动其前端的夹持器执行夹取、搬运、释放等微操作．     

管道内壁视觉装置

本文介绍了一种管内机器人用的管道内壁视觉装置，它利用ＣＣＤ摄象管前面放置一球面反射面，得到了可以直接从监视器观测管内壁环带的清晰图象，结构紧凑，构思巧妙，有推广价值。     

磁驱动微型机器人的智能控制发展现状

低强度磁场无线驱动的微型机器人可以在狭小空间中运动并完成复杂作业任务,如靶向给药、微操作及环境检测等。本文旨在总结磁驱动微型机器人的智能控制发展现状,主要包括智能控制方法在以下方面的应用：从刚性结构到柔性结构的磁驱动微型机器人,从单一运动模态到多种运动模态的磁驱动微型机器人,从开环控制到闭环控制的磁驱动微型机器人,从单个个体到单个群体再到多个个体的磁驱动微型机器人。最后,展望了磁驱动微型机器人的未来发展方向,包括更大空间的磁驱动装置,更多运动模态的微型机器人,软体结构的医疗微型机器人,微型机器人自主导航和多个磁驱动微型机器人的控制。     

基于蚯蚓原理的多节蠕动机器人

介绍了多节蠕动机器人的机体构造和运动原理，建立了机器人运动模型并进行了分析. 阐述了该机器人系统的控制组成和软件设计. 讨论了机器人在不同倾角橡胶管道内的驱动性能试验.进行了机器人温度试验及转弯性能试验.结果表明：该微小型机器人运行可靠、平稳，控制方便，有一定的爬坡能力；连续工作时机器人温度不超过35℃；可通过大于36mm的弯曲半径.该研究为非结构环境狭小空间及人体消化道探察机器人的研制奠定了基础．