轮式管道检测机器人控制系统的研发

摘要

无论在生活还是在工业中，管道用途广泛，随处可见，检测维修也成为必要但又繁重的工作。由于环境的特殊，城市排水管道检测尤其繁难费时。而在现代社会，采用管道机器人检测或维修在国内外成为大势所趋，国内目前比较落后。
　　本文主要针对轮式管道检测机器人研发了控制系统，包括控制平台的软硬件设计和机器人控制功能的实现。在上位机中，设计了一个具有丰富功能的操控面板，组建了工控 PC系统用于管道视频处理和三维重建，设计了上位机控制器，实现了上位机的操控功能，完成了工控机、操控面板、下位机相互之间的通信。在下位机中，将嵌入式Linux系统移植到ARM9芯片中，并设计了基于多线程的程序架构，实现了多机串口通信及机器人的各项功能，如机器人行走、云台升降、照明调节、数据采集等。此外，本文还设计了可靠的工控手提箱、电源系统和一套高效可靠易扩展的串口通讯协议及其解码方法。
　　在对轮式管道机器人的车轮和整体分别进行运动学分析后，将一些特性运用到了机器人位姿控制中。在位置控制方式中，可以让机器人小车安全得前进预定的距离；在姿态控制中，利用运动姿态测量系统反馈的数据，使用模糊算法控制机器人的姿态。
　　在轮式管道检测机器人的上述技术经过验证有效后，本课题将其进行了迁移和应用，设计了一款更加实用的电缆沟巡视检测机器人，试用效果良好。同时，也为后续的管道三维重建提供了技术平台。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 轮式管道检测机器人控制系统硬件设计

2.1 引言

2.2控制系统方案设计

2.3 通信系统设计

2.4 上位机硬件设计

2.5 下位机硬件设计

2.6 电源系统设计

2.7 本章小结

第3章 轮式管道检测机器人控制系统软件设计

3.1 引言

3.2 串口通信协议设计

3.3 上位机软件设计

3.4 下位机软件设计

3.5 本章小结

第4章 轮式管道检测机器人运动控制算法研究

4.1 引言

4.2 车轮在管道中运动学分析

4.3 管道机器人在管道中的运动学分析

4.4运动控制算法设计

4.5行走实验与结果分析

4.5技术的迁移与应用案例

4.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢