穿地龙机器人控制及检测系统研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要“穿地龙”机器人是一种在土中自行行走的装置，在地表的一端进入土中，行进中可以随时改变方向实时修正偏差，使机器人可按预定规划轨迹前进，最后，从地表的另一端指定位置穿出。它主要用于PE或PVC管、电缆、光缆等小直径管线的地下非开挖铺设。本文主要以液压驱动“穿地龙”机器人的控制及检测系统为研究对象。通过对目前国内外气动及液动小孔径地下穿孔设备的研究，设计了“穿地龙”机器人液压系统总体方案，内容包括基于PWM高速开关阀控的机器人液压冲击系统及转向系统设计，提出了转向回路液压自锁方案；分析了机器人的转向机理，为机器人转向机构设计提供了理论

2、基础。针对“穿地龙”机器人的工作环境，设计了基于PC机和单片机的二级计算机硬件控制系统，及基于数字罗盘和测距传感器的位姿检测方案，完成包括高速开关阀驱动控制电路、串行通讯电路、A／D转换电路设计：采用模块化的设计思想设计了下位机软件，对上位机软件进行了初步研究。针对机器人土中作业环境非线性的特点，设计了参数自整定模糊PID控制器，并对实际系统进行计算机仿真研究，结果表明，系统表现出很好的适应能力和较好的动态性能。论文最后进建立了“穿地龙”机器人样机的实验系统。进行了机器人冲击、转向机构、位姿检测的实验。试验结果验证了系统设计的可行性，表明研制的机器人可以克服

3、土的阻力，能够按照预先规划的轨迹在土中前进完成穿孔作业。关键词：“穿地龙”机器人；控制及检测；液压驱动；高速开关阀哈尔滨工程大学硕士学位论文Abstract“Dragonofpuncturingmud”robotisakindofdevicethatcanwalkbyitselfinthemud．Itiscanfollowingthetrackwhichisscheduledprepunchtoenterintothemud,changesthedirectionandcorrectiondeviationreal-time，atlastcomesoutof

4、themudfromthedestinedspotFmally．SounderthemuditcanmainlyusedtopavePEorPVCpipe，cableandopticalfibercable，etc．Thispapertakesthehydraulic“Dragonofpuncturingmud'’robot、Scontrolanddetectionsystemastheresearchobject．Throughthestudytotheprincipleofsmalldiameterundergroundpipeequipmentatho

5、meandabroad,thehydraulicsystemgeneralschemeof"Dragonofpuncturingmud”robothasbeendesigned．theauthorputsforwardhydraulicimpactingandsteeringsystemthatiscontrolledbyPWMhigh-speedon-offvalueandsteeringsystemhydraulicself-lockscheme．Whileanalysissteeringaxiomoftherobot,whichisofferstheo

6、ryfoundationforstructuredesignofthesteeringmechanism．Accordingtotheworkingenvironmentoftherobot，theauthorputsforwardCOntrolstrategywhichisaambipolarcontrolsystembyPCcomputerandchipmicrocomputer,meanwhilepositionandattitudedetectionstrategyhasbeendesignedbydigitalcompassanddistances

7、ensor．Controlsystemhardwareincludingthehigh-speedon-offvaluedrivecircuit,theserialcommunicationcircuit，the州Dconvertingcircuit，etc．Theauthordesignsthechipmicrocomputersoftwarebymodularizationmethod,andstudyPCcomputersoftwarepreliminarily．ParameterselfsettingfuzzyPIDcontrollerhasbeen

8、designedaccordingtotherobo