学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

轮式排水管道检测机器人设计理论与实验研究

作　者: 范立华
导　师: 常玉连
学　校: 大庆石油学院
专　业: 机械电子工程
关键词: 排水管道检测轮式机器人参数优化光电复合缆云台
分类号: TP242.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 251次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

管道机器人属于特种作业机器人的一种,它综合了智能移动载体技术和管道缺陷无损检测技术。这类机器人能进入人所不及、人力所限的复杂多变的非结构管道环境中,通过携带一种或多种传感器及操作、作业装置,对工作中的管道进行在役检测、清理、维护,以保障管道的安全和畅通无阻地工作。特别是对穿越河流、铁路、道路的特殊管道或埋地管道的重要部位进行有选择的作业时,管道机器人具有独特的优势。本论文结合大庆市科技攻关项目、黑龙江省教育厅研究生创新科研基金项目,基于管道机器人共同的关键技术问题,结合排水管道的作业需求,采用仿真和实验相结合的方法,对轮式排水管道检测机器人的机械结构设计、参数优化、动力学特性研究以及运动控制进行了深入的研究,并研制出轮式排水管道检测机器人样机,进行样机的综合性能实验。以轮式排水管道检测机器人为研究对象,在研究中发现,针对轮式管道机器人的移动载体,在满足拖动能力、行进速度等性能指标的要求下,通过轮径、轮距、转矩、转速等参数的改变,能够使机器人的质量得到一个较小、较优的数值,实现机器人的整机轻巧,使用方便,降低制造成本。为此,首次提出了基于遗传算法的轮式管道机器人的参数优化方法,并通过ADAMS仿真验证了其可行性。设计了机器人的移动载体,对机器人移动载体的牵引力、行走能力、爬坡能力做了大量的实验,通过实验数据与理论分析对比,详细的研究机器人的运动性能。为了满足机器人水管道的带压作业要求,对机器人的密封、防腐作了研究、设计。对机器人移动载体的驱动电机、云台位姿调整电机进行了选择和控制理论研究。设计了一套具有2自由度的CCD云台,为CCD准确全方位的反映管内形貌提供了保证。并通过各种传输方案的比较,将光电复合缆作为系统通信和电力传输介质引入系统当中。尽管本文的研究基本实现了研究目标,但整个系统还存在缺点和不足,在本文的最后,对整个论文的工作和研究成果进行了总结,并提出了下一步的研究工作。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
创新点摘要  6-9
前言  9-11
第一章绪论  11-22
  1.1 课题的来源、研究背景及意义  11-12
    1.1.1 课题来源  11
    1.1.2 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 管道机器人的发展状况  12-19
    1.2.1 国外发展状况  12-16
    1.2.2 国内发展现状  16-19
  1.3 管道机器人的关键技术  19-20
  1.4 课题研究的主要内容  20
  1.5 本章小结  20-22
第二章轮式排水管道检测机器人的总体设计  22-39
  2.1 机器人系统方案的对比分析  22-24
  2.2 机器人系统组成  24-25
  2.3 机器人移动载体结构设计  25-31
    2.3.1 移动载体驱动方式的选择  25-26
    2.3.2 载体驱动轮的设计  26-27
    2.3.3 驱动机构的传动设计  27-28
    2.3.4 载体功能区设计  28-30
    2.3.5 载体防腐、密封设计  30-31
  2.4 机器人电力供给系统设计  31-32
  2.5 机器人云台系统设计  32-35
    2.5.1 云台系统的功能与组成  32-35
    2.5.2 云台的控制系统设计  35
  2.6 机器人信息传输系统设计  35-37
  2.7 机器人监控系统的实现  37
  2.8 机器人的系统参数  37-38
  2.9 本章小结  38-39
第三章管道机器人动力学特性及参数优化  39-57
  3.1 驱动电机功率的确定  39-43
  3.2 管道机器人的理论牵引力分析及计算  43-44
  3.3 管道机器人拖缆力的理论计算方法研究  44-47
    3.3.1 直管中的拖缆力计算  44-45
    3.3.2 弯管中的拖缆力计算  45-46
    3.3.3 拖缆阻力的一般性计算公式  46-47
  3.4 管道机器人的参数优化方法研究  47-55
    3.4.1 机器人牵引力的数学模型  47-49
    3.4.2 机器人设计参数的优化模型  49-50
    3.4.3 遗传算法简介  50-51
    3.4.4 基于遗传算法的优化仿真计算  51-53
    3.4.5 优化结果的动力学仿真  53-55
  3.5 管道机器人的管道适应性研究  55-56
  3.6 本章小结  56-57
第四章管道机器人的控制系统研究  57-74
  4.1 管道机器人控制系统硬件设计  57-63
    4.1.1 管道机器人的常规控制形式  57
    4.1.2 电机驱动系统设计  57-63
  4.2 管道机器人控制系统软件设计  63-67
    4.2.1 上位机控制系统软件设计  63-64
    4.2.2 下位机控制系统软件设计  64-67
  4.3 串口通信程序设计  67-73
  4.4 本章小结  73-74
第五章管道机器人综合性能的实验研究  74-81
  5.1 机器人下位机控制性能测试  74
  5.2 机器人的行走性能测试  74-78
    5.2.1 行走速度测试  74-75
    5.2.2 牵引能力测试  75-77
    5.2.3 爬坡能力测试  77-78
  5.3 机器人云台性能测试  78-79
  5.4 机器人的监控性能实验  79-80
  5.5 本章小结  80-81
结论  81-82
参考文献  82-85
发表文章目录  85-86
致谢  86-87
详细摘要  87-93

轮式排水管道检测机器人设计理论与实验研究

内容摘要

全文目录

相似论文