移动式管道机器人控制系统设计与研究

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1、摘要在现代社会中，人们总要遇到各种各样的管道设施，而许多管道系统不是架设在空中就是深埋于地下，这样一来，通过人力对管道的内部进行检测就很不方便。本文研制的移动式管道机器人本身携带CCD摄像头，可以对一定口径的管道内壁进行检测，具有较高的实用价值。本文首先对国内外管道机器人技术的发展做了综述，给出了移动式管道机器人本体结构设计方案，详细介绍了机器人的驱动机构、云台系统等环节的设计。所研制的机器人采用上下位机的控制模式，使用了目前在国内较为先进的光纤通信来传送控制信号和来自CCD摄像机的图像信号。下位机以LPC2114为核心处理器，进行了移动

2、式管道机器人行走电机的驱动控制设计、云台电机的驱动控制设计、RS232串口通信电路以及控制系统外围电路的设计。在软件方面，以ADSl．2为编译器，采用汇编语言和C语言相结合的编程方式。设计了下位机控制软件。为了提高移动式管道机器人控制系统的控制精度，满足更高的控制要求，并为下一步的研究奠定基础，本文将改进的积分分离PID控制算法应用于机器人行走电机的驱动器设计中，使机器人能够在更为复杂的环境中运行，同时设计了无刷直流电机的自适应模糊控制器，通过仿真试验证明了方案的有效性。最后介绍了移动式管道机器人实物样机的一些实验情况，分析了一下该款样机

3、的性能，根据试验结果验证了预期的设计目标，也指出了以后的研究中需要改进的问题。关键词：控制系统，管道机器人，电机控制，PID控制，LPC2114ⅡAbstractInthemodemworld，peoplecanalwayscomeincontactwithallkindsoffacilitiesofpipelinesbesidethem．However,manypipelinesystemsareeitherheldintheairorburieddeeplyunderground．Soitisveryinconvenienttodet

4、ecttheinsideofthepipelinesbymanpower．CarryingaCCDcamera,Themobilepiperobotthatisdesignedinthepapercandetecttheintineofthepipelineswithparticulardiameter．Therobotreallyhasutil时vahm．Atfirst,thedevelopmentofpiperobottechniqueisoverviewedinthethesisdomesticallyandabroad．Thesc

5、hemeofstructuredesignisputforwardforthemoveablepiperobot．Thedesignofdriving-gearandplatformsystemisintroducedindetail．Thecontrolpatternofusingmastercomputerandslavercomputerisadoptedfortherobot．Fiberopticscommunicationthatisadvanceddomesticallyatpresentisusedtotransmitcon

6、trolsignalandimagesignalcomefromCCDcanler'／LLPC2114isusedtobekernelprocessorinslavercomputer．Manycircuitsaredesignedinthepaper,includingdrivecircuitandcontrolcircuitofbrushlessDCmoterproceecorandst￡}PPermotor，RS232serialportcommunicationtireuitandsomeaidedcircuitsofthecon

7、trolsystem．Inrespectofsoftware，controlsoftwareofslavercomputerisdesigned，usingADSI．2ascompilerandusingassemblerlanguageandClanguage∞programminglanguages．InordertoimprovethecontrolprecisionoftherobotcontrolsystemandsatisfymuchhighercontrolrequiremenLakindofimprovedintegral

8、separatedPIDalgorithmisusedtodesignthedriveoftheDCmotor,whichcanmaketherobotwalkinthemorecomplex