一种新型的承压管道检测机器人及其多电机同步驱动的研究

摘要

在国家高技术研究发展计划(863基金)②的资助下,该文分析了整个检测机器人研制的全过程,着重讨论了机器人控制过程中多电机同步驱动的方案和实现方法.1. 检测机器人本体研究文章针对在特殊管道间移动的要求,对所提出的一种特殊移动机构做了详细分析.2. 检测机器人控制系统的研究该文针对承压管道检测机器人系统的复杂性,将各执行模块按功能进行了分类,设计了一个多级集散控制系统.详细描述了其设计思想,对硬件电路和软件编程都给出了较为具体的介绍.3. 多电机同步驱动的研究这部分是整个控制系统的难点和核心,同时也是该论文的主要研究内容.由于机器人X方向的驱动是由6电机共同完成的,为了确保机器人在管道上直线行走性能良好,必须保证6驱动电机同步.为此,文章对直流电机调速和闭环控制方面的一些理论和算法进行了研究.比较了多种多电机同步控制的方案,并给出了系统采用基于补偿原理的控制方案的原因.在文章的最后还给出了所设计同步控制方案的完整电路,并对各关键电路进行了详细的分析.

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 承压管道安全检测技术的研究现状

1.2.1 管内检测技术的研究现状

1.2.2 管外检测技术的研究现状

1.2.3 带鳍片的管道检测技术

1.3 本文研究的主要内容

第二章 承压管道检测机器人本体设计

2.1 承压管道检测机器人的机械结构

2.1.1 X－Y方向行走模块

2.1.2 顶部旋转与滑动平台

2.1.3 柔性机械臂模块

2.2 行进稳定性与检测臂适应性研究

第三章 承压管道检测机器人检测传感器的设计

3.1 管道裂纹的检测-图像的采集与缺陷的判别

3.1.1 图像的输入－ＣＣＤ摄像头

3.1.2 图像采集卡（视频捕捉卡）

3.1.3 预处理

3.1.4 特征提取和图像分割

3.1.5 初始人机交互操作

3.1.6 物体识别

3.2 壁厚的检测-超声波测量

3.3 直径检测-应变片检测法

第四章 承压管道检测机器人控制方案的总体设计及实现方法

4.1 控制系统硬件设计

4.1.1 上、下微机间的无线传输

4.1.2 通讯控制器与下位机的主从式控制结构

4.2 控制系统软件设计

4.2.1 机器人本体部分软件的设计

4.2.2 远程监控端软件的设计

第五章 直流电机调速及多电机同步控制方案的研究

5.1 鼓形小轮转动速度的检测

5.1.1 检测参数及信号采集传感器

5.1.2 检测信号处理电路

5.1.3 转速的测量算法及误差分析

5.2 直流电机调速系统

5.2.1 直流电机数学模型的建立

5.2.2 直流电机速度闭环调速模型的建立

5.2.3 直流调速系统抗干扰能力分析

5.3 多电机同步控制的基本要求

5.4 多电机协调控制的常规方案比较

5.4.1 基于同一给定电压的并联运行方法

5.4.2 基于同一给定电压的串联运行方法

5.4.3 基于补偿原理的控制方法

5.4.4 基于现代控制理论的控制方法

5.5 多电机同步控制的微机控制方案

5.6 微机控制多电机同步方案抗干扰能力分析

第六章 多电机同步控制装置的系统实现

6.1 同步传动微机控制的硬件电路设计及分析

6.2 脉冲前沿错开电路

6.3 可逆计数器相频鉴别电路

6.4 满位保护和零位保护电路

6.5 数字PWM产生电路

6.6 L298电机驱动模块

6.7 同步传动微机控制装置的软件分析

第七章 展望与讨论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文目录

声明