排水管道检测机器人关键技术研究

排水管道检测机器人主要是以轮式管道机器人为主。目前还有两个问题没有得到很好的解决：（1）在圆管中的精确轨迹控制问题；（2）在有松软沙土、泥泞和流水的管道中的通过性问题。紧紧围绕这两个问题，本项目对轮式管道机器人在管道环境中的运动学特性和运动控制展开研究。在分析了单个轮子在圆管曲面上运动学特性的基础之上，分析轮式移动机器人在圆管中运行时的几何约束和非完整约束，建立轮式移动机器人在圆管中的运动学模型。运用该运动学模型和相应的控制算法，实现轮式管道机器人在圆管中的精确轨迹控制。采用车辆地面力学等方法分析轮式管道机器人在松软沙土上、泥泞和流水中的运动学特性，并通过有限元软件进行仿真分析，对轮子结构、材质、外形和布置进行优化。通过把理论成果应用在实际的样机系统中，寻求优化的适应管道环境的轮式管道机器人新构型和控制算法，并通过实际样机验证建立的运动学模型和控制算法。本项目具有重要的学术和工程价值。

本课题分析和解决了管道机器人的关键技术问题。我们分析了轮式移动机器人在圆管中运行时的几何约束和运动学特性，建立轮式移动机器人在圆管中的运动学模型。运用该运动学模型和相应的控制算法，实现轮式管道机器人在圆管中保持水平自主行驶。采用大型有限元软件Hypermesh、Abaqus建立了管道机器人在松软土壤，泥泞路面上的运动模型。通过有限元软件进行仿真分析，对轮子结构、材质、外形和布置进行优化，设计了一种适应圆形管道的新构型。研制了两套管道机器人原型系统样机，并通过实际样机验证了建立的运动学模型和控制算法。在本项目资助下，发表了7篇学术文章，培养了6名研究生，申请和授权专利4项，部分成果已经成功转化到企业，带来了可观的经济效益。