市政排水管道检测机器人智能控制系统研究

摘要

排水管道检测机器人是对排水管道故障进行实时在线检测的机电一体化系统，通过机器人携带的CCD摄像机、超声波探头等成像设备，人们可以准确辨识管道损伤状态，从而为管道维护打下坚实的基础。本文在“排水管道检测机器人系统”项目的支持下，完成了以下的工作： (1)根据排水管道检测机器人采集不同内径管道图像的需求，设计了可升降自动云台机电系统。该升降系统采用直流电机驱动丝杠的多级剪式机构实现，自动云台采用舵机控制，可满足φ200～φ1000mm的管道采集图像的需要； (2)本文设计了机器人本体控制系统，包括基于Megal28和uc/osⅡ的控制器设计，云台舵机控制、LED灯光调节、运动控制、通信模块等硬件电路和程序设计，还设计了机器人漏水、温度检测硬件电路及其软件； (3)本论文研究了管道检测机器人的位姿智能控制的BP神经网络算法，选择了合适的隐含层数、神经元数目、输出函数、输入输出参数，并通过计算机模拟验证了本算法的可行性： (4)采用正交试验法，检验了BP神经网络算法对管道检测机器人位姿平衡控制的效果。在实验中选取了机器人初始倾斜角度、神经网络隐含层数、神经元个数三个因素，通过改变这三个因素的值来验证神经网络对于位姿平衡控制的效果，绘制了相关曲线，进行了方差分析，证明本算法能够基本实现机器人位姿的智能控制，同时验证了管道机器人机电系统的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.2.3管道检测机器人中的控制技术

1.3课题研究的目的和意义

1.4论文主要的工作和内容

第2章系统总体设计

2.1需求分析

2.2控制系统整体设计方案

2.3系统的机械结构

第3章云台机电系统的研究

3.1概述

3.2云台系统结构设计

3.3云台的控制系统设计

3.4控制方案设计

3.4.1舵机控制方案

3.4.2电机控制方案

3.4.3电机与LED光源的电路设计

3.5软件控制流程图

3.5.1舵机与电机控制的软件设计流程图

3.5.2 LED软件控制及源程序

3.6本章小结

第4章管道检测机器人本体的控制设计

4.1硬件电路设计

4.1.1微处理器的选型

4.1.2微处理器核心板的硬件设计

4.2电机的选型和控制原理

4.2.1电机的选型

4.2.2电机在系统中的控制方式

4.3检测电路的硬件设计

4.3.1温度检测的硬件设计

4.3.2漏水检测的硬件设计

4.3.3电子罗盘的原理及其外围电路

4.4通讯部分的设计

4.4.1 RS485通讯

4.4.2CANBUS通讯

4.5 uc／osⅡ的实时操作系统移植及软件总体设计

4.6本章小结

第5章神经网络的智能控制

5.1神经网络智能控制的概述

5.2 BP神经网络

5.2.1 BP神经网络的引入

5.2.2 BP神经网络算法的原理

5.2.3 BP神经元

5.2.4 BP神经网络

5.2.5 BP算法的改进

5.3控制系统中神经网络的建立

5.4 BP神经网络实现的部分代码

5.5本章小结

第6章实验分析及结论

6.1实验设计方法概述

6.2管道检测机器人神经网络的正交试验的设计

6.3试验分析及结论

6.4本章小结

第七章结论与展望

7.1总结

7.2进一步的工作方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果