空间曲线形微细管道检测机器人测控系统的研究

摘要

本文结合国家863高技术发展计划项目(2001AA423130)《空间曲线形微细深孔和管路的潜入式无损检测与三维重建技术》，针对微细管道的潜入式无损检测技术在应用当中的一些技术难点，如微机器人的位移检测，空间定位，管道内轮廓的形貌检测等方面进行了研究，并取得了一些阶段性的成果。　　本文的第一章概括了国内外微机器人检测技术的发展状况，阐述了本课题研究的背景和意义。　　第二章，基于压电陶瓷的物理特性和微细管道的环境特点，结合本实验室研制的一种新型无损管道检测机器人，设计了一种能够输出双向可调驱动电压的微机器人驱动、控制电路，很好地满足了微机器人管道检测系统对微机器人驱动器爬行速度和负载能力的要求。研究了基于尺蠖机构的微机器人位移检测方法，应用这种方法大大简化了位移检测装置的机械结构和控制电路，实现了在微小空间中对微机器人的位移检测。　　第三章，结合本实验室研制的一种新型曲率检测装置，研究了其控制、驱动和信号处理的方法，设计了相应的处理电路。利用位置敏感器件PSD响应速度快，分辨率高，处理电路相对简单等特点实现了对三维管道中心线几何性质的测量。　　第四章，针对本实验室提出的通过对管道内壁逐点扫描来获取管道内表面几何特征数据的空间曲线型微细管道检测方案，研究了基于该种方案的检测装置的驱动、控制以及信号处理的方法，设计了相应的处理电路，通过实验验证了这种方案的可行性和科学性。　　第五章，在整个微机器人测控系统研制过程中，为了保证检测的精度和系统的稳定性，分析了可能存在的噪声和干扰，并从布线，元器件的布置，以及对电源的处理等方面阐述了提高系统运行稳定性、可靠性所采取的一些措施。　　第六章对研究内容进行了总结，并对今后的工作进行了展望。

目录

文摘

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第一章 绪论

内容提要

1.1微管道机器人技术概述

1.1.1微机器人的应用及微机器人研究的意义

1.1.2国内外微机器人研究的现状

1.1.3管道机器人无损检测的相关技术

1.2系统总体结构及功能介绍

1.3论文研究的内容及论文的组织结构

本章小结

第二章微机器人驱动器控制、驱动电路

内容提要

2.1层叠式压电陶瓷惯性冲击型微机器人驱动器的工作原理及结构

2.2驱动电路

2.2.1设计压电陶瓷驱动电源所面临的问题

2.2.2驱动电路

2.3基于尺蠖式机构的微机器人爬行控制、位移检测

2.3.1全程定位原理简介[43]

2.3.2基于尺蠖式爬行机构的位移检测

2.3.3微机器人的行走控制

本章小结

第三章曲率检测器的驱动、控制及检测信号的处理

内容提要

3.1曲率检测器的测量原理和结构

3.1.1基于激光-PSD的曲率检测原理

3.1.2基于激光-PSD的曲率传感器结构

3.2 PSD结构、工作原理及其信号分析

3.2.1 PSD的工作原理与结构

3.2.2二维PSD

3.3曲率检测器信号处理电路

3.3.1曲率检测器中PSD输出信号分析

3.3.2曲率检测器信号处理电路的实现

本章小结

第四章形貌检测器的驱动、控制及检测信号的处理

内容提要

4.1形貌检测器的基本原理与结构

4.2形貌检测器电路

4.2.1微型马达的控制电路

4.2.2调制光源的驱动电路

4.2.3信号处理

本章小结

第五章降低系统中的噪音干扰提高系统稳定性的措施

内容提要

前言

5.1干扰的来源及耦合方式

5.1.1干扰的来源

5.1.2干扰的耦合方式

5.2降低干扰的措施

本章小结

第六章总结与展望

1.总结

2.展望

参考文献

致谢

附录