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管道機器人之-----管道檢測機器人
來源: | 作者:pmo887c4e | 發布時間: 316天前 | 514 次瀏覽 | 分享到:


眾所周知,在智能制造領域中,智能工業機器人被稱為“制造業皇冠頂端的明珠”、淘金“中國制造”的“風口”。據相關數據顯示, 我國連續五年位居全球工業機器人銷量第一。而隨著國家政策紅利支持、國產品牌的持續研發投入、產品不斷從低端向中高端轉型,國產機器人的市場份額也迅速得到擴張。

那么小編今天來給大家詳細介紹一下管道機器人 管道機器人是一種可沿細小管道內部或外部自動行走、攜帶一種或多種傳感器及操作機械,在工作人員的遙控操作或計算機自動控制下, 進行一系列管道作業的機、電、儀一體化系統。

根據管道機器人的不同驅動模式,大致可以分為八種。

第一種是流動式機器人,這類機器人沒有驅動裝置,只是隨著管內流體流動,屬于不需要消耗能源的被動型機器人,但是其運動模式相當有限。

第二種是輪式機器人,這一類機器人廣泛運用于管道檢查工作,許多的商業機器人就是這一類型。

第三種是履帶式機器人,即用履帶代替輪子。

第四種是腹壁式機器人,這類機器人通過可以伸張的機械臂緊貼管道內壁,推動機器人前進。

第五種是行走式機器人,這類機器人通過機械足運動,但是這類機器人需要大量驅動器,并且難以控制。

第六種是蠕動式機器人,這類機器人像蚯蚓一樣通過身體的伸縮前進。

第七種是螺旋驅動式,即驅動機構做旋轉運動,螺旋前進。

第八種是蛇型機器人,這類機器人有許多關節,像蛇一樣前行。

此外,還有一些機器人擁有多種驅動方式。 當然,隨著科技發展,技術創新,必將會有越來越多的類型被創造出來。

今天我們主要談談輪式機器人,也就是俗稱的管道檢測機器人,

對于輪式管道檢測機器人,精確的運動學模型是實現精確運動控制的基礎。對單個輪子、輪式移動機器人在管道曲面上的運動學特性及控制理論方面分析很少,需要建立一套關于輪式管道機器人運動學的理論。現在來談談我們武漢固德科技有限公司在管道檢測機器人的總體研究方案,

第一步,單個輪子在圓管曲面上的運動學特性分析

單個輪子在圓管曲面上的位姿與運動描述借鑒單個輪子在平面上的位姿與運動描述,通過接觸點的切平面推廣到圓管的曲面上。以水平圓管中單個輪子分析為例。輪子與圓管的內壁面接觸點Q點,圓管的柱面是一個空間曲面,而輪子的外緣圓是一條空間曲線,那么Q同時在空間曲線和空間曲面上。過Q作空間曲線的切線m和空間曲面的切平面,同時作圓柱母線I,那么m和I在切平面上。切平面的法向量,即過接觸點的圓柱的半徑矢量,和切線m的法線之間的夾角為旦,切線m與柱面母線!之間的夾角為a。確定了單個輪子在管道曲面上位姿描述之后,推導其在管道曲面上純滾動時輪心的軌跡方程。當輪子以角速度。在柱面上純滾動時,柱面上與輪子接觸點的軌跡是一條圓柱螺旋線,可推導出其軌跡參數方程。為了推導出輪心的軌跡,以接觸點Q處的切矢、主法線與副法線為坐標軸建立活動坐標系,即弗朗內特(Frenet)活動標架,求解出輪心C點的坐標,然后對其進行微分,即可計算出柱面上單個輪子滿足純滾動和無側滑條件下輪心瞬時速度和輪心軌跡擴用同樣的方法分析單個輪子在圓管彎道的曲面上,16T"型接頭處的滿足純滾動和無側滑條件下輪心瞬時速度和軌跡。根據推導的理論,設計輪式管道機器人新型的輪子。

第二步輪式移動機器人在圓管曲面上的幾何約束分析入,輪式移動機器人在管道曲面上的位姿用機器人上一點空間坐標和機器人的歐拉角表示。把輪子簡化成圓盤之后,每個輪子的外緣圓可以用空間圓的方f養示出來。于四輪或者多于四輪的多輪機器人,機器人在管道的柱面上運行時,都能找到三個同時與壁面接觸輪子。機器人在圓管的柱面上行駛時,3個與壁面接觸的輪子與圓管的柱面始終相切'那么對于每個輪子,輪子與壁面接觸點的切向量垂直于圓管半徑向量,同時垂直與輪子半徑向量。根據這一相切條件可以推導出3個約束方程,推導出機器人的空間坐標和歐拉角6個坐標之間的關系。

第三步輪式移動機器人在圓管曲面上的運動學建模:,輪式移動機器人在圓管中運行時,輪心之間的相對距離不變,輪心和機器人本體上所有質點之間的距離不變,所以不包括輪子,俱包括輪心的輪式機器人本體可以看成一個剛體。輪式機器人在圓管中的運動是一個剛體螺旋運動。輪心既是剛體上一點,又是輪子上的一點,所以通過輪心的速度建立機器人各個輪子運動學特性與機器人本體的運動學特性之間的關系。

輪式移動機器人的控制輸入通常為驅動輪的轉速和舵輪的方向角。在某一時刻,機器人的位姿坐標作為狀態變量已知,廣對于驅動輪,可以根據前面單個輪子在圓管中的運動學特性分析結果求解出輪心的瞬時速度大不和方向戶對于與壁面接觸的被動輪,可求解出輪心瞬時速度的方向。

根據兩個輪心的速度可求解出輪式移動機器人做瞬時螺旋的螺旋運動參數,根據此螺旋運動的角速度向量可推導出歐拉角的變化率以及機器人坐標系原點的速度向量,進而可推導出機器人的控制輸入與位姿坐標變化的關系,即圓管中輪式移動機器人的運動學模型。

第四步 研制二套圓管中輪式移動機器人實驗系統,進行相關驗證實驗設計一套輪子一可張開,即左右兩排輪子可以由原來平行伸展成"八"字型的新型輪式移動機器人系統,配置相應的透明的管道,通過樣機的實際實驗驗證己建立的理論.

爬行機器人搭載平臺又稱"運動搭載平臺",是以運動機構作為載體,根據生產任務可選擇性搭載相關檢測儀器的平臺。已應用于軍事、電力、石油石化、無損檢測、市政、考古等行業

武漢固德科技研發有限公司對這一項目的研發投入了一定的精力,在一批批優秀人才的攻克下,產品銷售國內外。城市跳動的脈搏打造過硬的管道檢測設備,武漢固德將來也會不斷加入研發投入,制造出更先進更好的管道檢測機器人,為城市地下管道檢測貢獻出一份自己的力量,解放人力。

 

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