國產(chǎn)CCTV管道檢測機器人的原理

輪式管道機器人，的運動(dòng)學(xué)模型是實(shí)現運動(dòng)控制的基礎。對單個(gè)輪子、輪式移動(dòng)機器人在管道曲面上的運動(dòng)學(xué)特性及控制理論方面分析很少，需要建立*套關(guān)于輪式管道機器人運動(dòng)學(xué)的理論。
Campion等人在前人研究成果的基礎上，對輪式移動(dòng)機器人在水平平整路面上的運動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了分析，*結了四種狀態(tài)空間模型:二位姿運動(dòng)學(xué)模型，位形運動(dòng)學(xué)模型，位姿動(dòng)力學(xué)模型，位形動(dòng)力學(xué)模型。Karl Iagnemma等人分析了輪子與地面不是剛性條件下，地面為不規則路面時(shí)，輪子與地面的各種接觸情況，*建立不廠(chǎng)套基于輪子與地面接觸特性的模型理論。但上述模型前提假設是輪子和地面是不可變形的，地面是規則的水平路面。當輪式移動(dòng)機器人運行在圓管中時(shí)，由于圓管管內環(huán)境是三維的曲面環(huán)境，輪式移動(dòng)機器人實(shí)際運行在*個(gè)空間曲面上，所以上述模型不能應用于圓管中的輪式移動(dòng)機器人。
      由于輪式清污機器人在圓管中作業(yè)時(shí)運行在三維的空間中，其運動(dòng)學(xué)模型和平面上輪式移動(dòng)機器人的運動(dòng)學(xué)模型*不同，需要在考慮幾何約束和速度約束的前提下，分析輪式移動(dòng)機器人的控制輸入與機器人位姿坐標變化之間的關(guān)系，建立其運動(dòng)學(xué)模型。日前，*外輪式管道機器人的研究熱點(diǎn)主要是提*輪式管道機器人的可控性、通過(guò)性，機器人朝著(zhù)自主行駛作業(yè)的方向發(fā)展。雖然很多學(xué)者從結構方面提*了機器人的性能，但對輪式移動(dòng)機器人在圓管中的運動(dòng)控制論方面還缺乏深入系統的分析。所以需要根據該運動(dòng)學(xué)模型，設計相應的算法，使機器人在圓中實(shí)現穩定控制為滿(mǎn)足工程應用的需要。
對于輪式排水管道機器人，除了從結構設計，材料選型需要下功夫之外，主要的*問(wèn)題在于建立輪式機器人在圓管中的運動(dòng)學(xué)模型，并設計相應的控制算法，使機器人能夠自主行駛作業(yè)，也能夠根據姿態(tài)信息，手工操作控制其保持水平行駛作業(yè)，不出現側翻、卡死、驅動(dòng)力不足，有良好的可控性。
     為了建立輪式機器人在圓管中的運動(dòng)學(xué)模型，解決以下4個(gè)問(wèn)題，并設計相應的運動(dòng)控制算法從理論上需要解決：
(1) 單個(gè)輪子在管道曲面上的任意位姿時(shí)輪心的瞬時(shí)速度，輪心的軌跡單個(gè)輪子在管道中運動(dòng)學(xué)特性的*問(wèn)題在于對其位姿的描述卜以及其在滿(mǎn)足純滾動(dòng)和無(wú)側滑條件下輪心的速度。
(2) 分析輪式移動(dòng)機器人在管道曲面的幾何約束，推導出6個(gè)位姿坐標之間的關(guān)系
輪式機器人在管道中運行在三維的柱面環(huán)境中，其位姿坐標從平面上的3維變成了空間的6維。但由于機器人在管道中運行時(shí)，具有特定的幾何約束tY這6個(gè)位姿坐標并不是互相獨立的，所以有必要推導出這6個(gè)位姿坐標之間的關(guān)系。
(3) 建立輪式移動(dòng)機器人在圓管曲面上的運動(dòng)學(xué)模型，推導運動(dòng)學(xué)模型的難點(diǎn)在于如何建立控制輸天與位姿坐標變化率之間的關(guān)系。機器人的控制輸入直接影響輪心的速度，而輪心確定了機器人剛體的速度，所以需要分析機器人剛體與輪心速度之間的關(guān)系。這*問(wèn)題的實(shí)質(zhì)在于推導機器人瞬時(shí)螺旋運動(dòng)參數和控制輸入的關(guān)系，導機器人的位姿變化率與控制輸入之間的關(guān)系。
(4) 根據運動(dòng)學(xué)模型和作業(yè)要求卜設計相應的控制率，使機器人在管道中能夠保持水平行駛，根據已經(jīng)建立的運動(dòng)學(xué)模型，把姿態(tài)角作為狀態(tài)變量，通過(guò)姿態(tài)傳感器的反饋，設計相應的控制率，控制機器人在管道中按照要求的姿態(tài)行駛。運動(dòng)學(xué)模型主要用來(lái)設計控制率和運用李雅普諾夫(Lyapunov)函數對其進(jìn)行穩定性分析。

管道CCTV檢測機器人是*款基于工控機系統設計的產(chǎn)品，采用筆記本電腦代替傳統主控。在檢測過(guò)程中，抓取缺陷圖片，檢測完成后，可立即得到檢測報告。此外，可以在檢測的過(guò)程中實(shí)時(shí)獲取管道的坡度曲線(xiàn)，以此判斷管道內部沉積情況。使用魚(yú)眼鏡頭并結合“PipePano管道全景檢測視頻分析軟件”可生成管道內壁的全景圖像，以便進(jìn)行更加精細、可量化（測量管徑、裂縫寬度等）的分析和判讀。