高压输电线软体巡检机器人磁致动机制及PI滑模控制研究

为解决高压输电线刚性悬臂巡检机器人尺寸大、笨重、越障不灵活、效率低等问题,设计一种高压磁致动软体巡检机器人,利用载流线圈在高压直流环形磁场中受到的安培力驱动软体机器人以柔顺和蠕动方式高效灵活地跨越多种障碍物。对该机器人进行本体构型设计并分析其工作姿态,实现稳定巡检功能;对磁致动驱动器进行理论设计和分析,利用Comsol仿真软件对其所需驱动力进行仿真,验证理论的可实行性;通过拉格朗日法对高压磁致动软体巡检机器人进行动力学建模,构建系统动力学方程,获取机器人的关节角度、速度、加速度之间的关系;最后,通过MATLAB利用基于PI滑模控制法对简化后的高压磁致动软体巡检机器人动力学模型实行速度和角速度高精度追踪仿真。仿真结果表明:在滑模控制下,角度在1.5 s追踪上理想信号,角速度在0.3 s后追上理想信号,证明基于PI的滑模控制器能够实现对高压磁致动软体巡检机器人的有效控制。

复杂干扰下的管沟机器人内外环滑模自抗扰控制

管沟机器人是一种运行在排水管道,公路排水渠的欠驱动差分移动机器人,针对管沟机器人在实际环境中受到的复杂环境干扰,为了使管沟机器人具有更好的运动控制性能,提出了一种内外环的滑模自抗扰控制方法;首先对管沟受到的复杂环境干扰进行分析,将管沟机器人受到的复杂环境干扰解耦成横向和纵向干扰,建立出在干扰情况下的运动学模型;依据理想运动学模型建立出外环的滑模控制器,得出理想控制律,依据干扰运动学模型建立扩张状态观测器,观测出环境干扰数值,从而建立内环的滑模控制器,利用观测值修正外环的理想控制律;同时利用Lyapunov稳定性原理对系统进行分析,最后搭建了Matlab的Simulink模型进行仿真验证,最终证明了所提出的方法具有较强的鲁棒性和运动控制性能。

基于深度视觉传感的巡检机器人行进轨迹跟踪控制

巡检机器人面对不同路况时反应速度的时间差使其行进轨迹跟踪控制容易产生误差。为了提高巡检机器人复杂操作环境中的行进轨迹跟踪控制效果,提出基于深度视觉的巡检机器人行进轨迹跟踪控制方法。根据巡检机器人移动位姿和轴向运动轨迹产生的角速度和线速度,建立巡检机器人运动学方程;利用Kinect深度视觉传感器创建贴合实际环境的三维地图;利用滑模控制器约束巡检机器人运动学方程,实现巡检机器人行进轨迹自动化跟踪控制。实验结果表明,所提方法在障碍物环境和非障碍物环境的跟踪控制效果均较好。

变电站巡检机器人的上位机监控系统设计

变电站巡检机器人由视觉系统、运动控制模块、感知系统以及执行机构等组成。树莓派是一种性能高、功耗低的嵌入式微处理器,适用于尺寸小、成本低的机器人。上位机人机交互系统能够远程控制巡检机器人,记录巡检机器人历史数据等。设计基于树莓派的变电站巡检机器人上位机控制系统,由人机交互模块、PC上位机以及通信模块组成。上位机能够监控机器人运动过程中产生的各种误差,控制机器人的运动姿态。通过搭建实验平台,验证了该上位机系统的控制性能。

两轮移动巡检机器人的区间二型模糊滑模控制

针对两轮移动巡检机器人的强耦合、欠驱动及非线性等特性,使用终端滑模控制器对其进行轨迹跟踪误差控制,但终端滑模控制器会使系统产生抖振现象,不利于实际应用。为了削弱甚至消除该现象,将区间二型模糊与终端滑模相结合,提出区间二型模糊滑模控制器。仿真结果显示,该控制器与一型模糊滑模控制器、终端滑模控制器相比,不仅能对机器人进行轨迹跟踪误差控制,而且其控制性能最佳。

城市地下综合管廊智能消防机器人设计

针对国内城市地下综合管廊消防现状分析以及现有消防设备的不足,设计了一款集智能巡检、自动报警、灭火三大功能于一体的城市地下综合管廊智能消防机器人,不但提升了巡检和消防效率,而且解决了现有设备功能单一、重复投资等缺点。尤其是针对复杂的管廊空间环境,设计了并联支撑-电动履带行走和H型导轨吊装行走两种模式,可以根据实际情况选用合适的行走模式,有力地支持了机器人的智能巡检实施,极大地丰富了机器人的智能巡检功能。

果园巡检机器人长臂抖动抑制方法

针对果园巡检机器人长臂因抖动而严重制约图像采集效率的问题,该研究提出基于臂体上3个部位的仰角构建单一反馈量进行抖动抑制的方法。首先基于臂体外伸段的有限元模态分析结果,通过固有频率和静变形的等效,建立三杆两扭簧等效机构的动力学模型。并基于微分平坦理论将3个倾角传感器读数合成为一个系统输出量,以平坦输出量作为被控量,采用PID控制器进行抑振试验,再利用自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)思想中对广义扰动的处理方法,将被控模型等效为二阶系统形式,并将模型信息代入到扩张状态观测器中进行对比试验。试验结果表明,基于本文构建的方法均能起到快速抑制长臂抖动的作用。在冲击作用致使末端产生10°幅值的抖动情况下,PID控制器实现了7 s内抑制大幅抖动,自抗扰控制器实现了8 s内快速抑制大幅抖动的效果。PID控制器的输出出现3次饱和现象且小幅较高频率抖动不易消除,而自抗扰控制器仅出现一次饱和,具有抖动抑制过程平滑的优点。本文的控制算法简洁适于在单片机等微型计算机系统中应用,系统结构简单成本低,可为现代农业装备研发与应用中解决长臂类结构抖动的主动抑制问题提供理论参考。

电力巡检机器人运行姿态的终端滑模控制

电力巡检机器人作为保障电路安全的一种机器人,其运行姿态直接影响着它的工作效率,而电力巡检机器人作为典型的欠驱动非线性系统,传统的控制方法可能难以奏效.本文使用终端滑模控制来完成电力巡检机器人非线性模型运行姿态的控制,为了避免终端滑模控制中可能出现的非奇异现象,使用了非奇异终端滑模控制来控制电力巡检机器人的非线性模型.通过仿真结果,可以证明所提出方法的有效性.

一种飞机蒙皮检测机器人曲面运动控制方法

讨论了一种双框架飞机蒙皮检测机器人在飞机蒙皮外表面运动的问题。首先对机器人运动步态进行了分析,将运动步态分为滑动步态和旋转步态。其次,讨论了机器人单步移动问题,根据机器人的机械结构,将其单步运动看作是滑动和旋转运动的耦合,建立了机器人单步运动动力学模型,包括机器人基于转动角度和滑动位移耦合的动力学模型和机器人在笛卡尔坐标系下的位置动力学模型。最后为了实现机器人在飞机外表面的轨迹跟踪运动,设计了基于RBF自适应补偿的滑模控制器,通过Lyapunov稳定性理论,证明了系统的跟踪误差收敛。通过实验仿真验证了飞机蒙皮检测机器人可以实现对期望轨迹的渐近跟踪,达到了较好的控制性能。

基于视觉导航的巡检机器人双模控制研究

根据变电站巡检机器人在视觉导航过程中的运动特点,建立了其控制系统数学模型。然后通过阈值切换的方法设计了参数自寻优的模糊-最优双模控制器。当巡检机器人与实际导航路径有较大偏差时,采用基于遗传算法优化的模糊控制器来实现巡检机器人的快速纠偏。当偏差较小时,采用最优反馈控制器来减小稳态误差。仿真结果表明,与常规单一的控制方法相比,所设计的模糊-最优双模控制器,提高了巡检机器人响应速度以及跟踪路径的精度,有效地改善了运动控制的性能。

智能机器人巡检系统在综合管廊中的应用研究

智能机器人巡检系统在综合管廊中应用,一方面,作为新型智能化巡检模式,可以有效减轻传统人工巡检的巡检人员负担;另一方面,作为移动式监控模式,可以弥补综合管廊监控系统只能定点监控的缺陷,进一步提高综合管廊监控管理能力。以上海临港"环湖80米北岛西路综合管廊工程"为例,开展综合管廊智能机器人巡检系统设计。

农业智能巡检机器人轨迹跟踪控制

设计了一种农业智能巡检机器人,可以巡检农作物生长环境和生长状况。机器人的实时位置通过GPS定位获取,通过事先设定好的轨迹运行;轨迹跟踪控制算法采用自适应鲁棒滑模控制算法,并通过Matlab软件进行了仿真验证,证明了算法具有较好的实时性和鲁棒性;最后,将算法写入TI公司的TMS320F28335处理器,并进行了田间试验。试验表明:基于该算法的智能巡检机器人运行稳定,可以较好地实现农业田间巡检功能,解放了劳动生产力。

基于双通信模式的综采工作面巡检机器人研制

为实现综采工作面无人化智能开采,设计并研制了一款基于双通信模式的综采工作面巡检机器人系统。提出基于LoRa和WiFi技术结合的双通信模式实现综采工作面巡检机器人远程控制与工作面监控,并对巡检机器人的组成和功能进行了介绍,重点论述巡检机器人控制系统的组成和通信方案。通过在煤矿井下进行实际测试,结果表明,介绍方案可以实现地面控制台实时控制综采工作面巡检机器人,并可实时获取综采工作面数据和环境信息,及时发现问题并报警,为综采工作面无人开采提供保障。

基于无线传感器的电力巡检机器人轨迹跟踪研究

针对户外变电站复杂环境下巡检机器人难以保证精确的轨迹跟踪,提出一种基于无线传感器的电力巡检机器人轨迹跟踪研究。采用嵌入式控制模块的TCP通信技术对机器人远程测控,设计双磁传感器导航系统使机器人始终行驶在既定的巡检路径上,建立机器人运动数学模型通过控制指令实施操控,调整驱动轮速度控制两个驱动轮间速度差。根据定位获得当前机器人的准确位置,设定位置控制率和姿态控制率,实现巡检机器人轨迹跟踪。研究结果表明:该方法精度高、可靠性好,系统稳定性强,可为变电站设备巡检提供参考。

管内机器人的研究与发展趋势

近年来管道在人们生活以及工业生产中被使用的越来越广泛,与此同时,管道故障所带来的问题日益突显,对国内外关于管道机器人的研究进行介绍,叙述了管道机器人的发展历程,以及近年来国内外管道机器人的发展方向和成果。通过国内外的研究成果对各种类型的管道机器人的结构特性以及其应用领域作了介绍,并对管道机器人的未来发展进行了展望。

输电线路巡线机器人仿生机构研究综述

为实现大跨度输电架空线路对巡检机器人结构、爬坡性能以及续航能力和越障性能等方面的要求,越来越多的仿生机器人应运而生。根据生物不同的爬行方式,模仿其运动姿态特点以及生物学原理,研制出各种各样的仿生机器人。本文详细介绍了在巡检机器人越障运动和机器人运行的地线线路环境中,巡检机器人如何利用仿生机械构型沿架空线路运动。

应用RFID技术的新能源供电区域机器人节能巡检模式优化

针对已有机器人巡检用时和能量消耗增加的问题,提出了应用RFID技术的新能源供电区域机器人节能巡检模式优化方法。通过原始缠绕的相位—距离关系,对RFID相位信息进行预处理,构建全新的相位—位姿定位模型。采用优化方法对模型中的参数进行辨识,得到定位结果。根据定位结果,对新能源供电区域内的环境进行地图建模,同时对地图中的特定形状障碍物进行“膨化”或者“填平”处理,构建机器人节能巡检模式优化模型,使用改进的烟花算法对模型进行求解,获取最优巡检模式方案。实验测试表明,所提方法可以有效减少巡检用时和能量消耗,获取更加满意的巡检方案。

高压巡检机器人H_∞鲁棒控制器设计

针对巡检机器人易受恶劣作业环境及各种扰动影响难以控制的问题,基于机器人的动力学方程,通过设计合理的控制力矩,推导出机器人在有扰动情况下系统误差的状态空间模型,基于此模型利用线性矩阵不等式(LMI)和H_∞理论对机器人进行了鲁棒控制分析,设计了机器人鲁棒H_∞控制器,给出了H_∞控制器存在的条件和求取方法,求出了机器人的状态反馈控制器,最后在Matlab/Simulink环境下对机器人的机械臂进行了轨迹跟踪仿真,结果表明本文所设计的鲁棒控制器能够满足巡检机器人机械臂响应快速、跟踪准确、系统稳定、抗扰动效果好的设计要求。

电力巡检飞行机器人抗风控制器设计

在巡检多风架空电力线路走廊环境下,为了克服气流对飞行机器人的干扰,增加飞行稳定性,应用滑模控制的方法设计了滑模变结构飞行控制器.基于抽象后的系统模型,将控制通道分为全驱动部分和欠驱动部分,选取线性滑模面和指数趋近律分别设计滑模飞行控制器.通过Matlab搭建系统仿真模型,验证了控制器的正确性和有效性,并且与传统PID控制方法相比较,结果表明:该控制器可实现飞行机器人的稳定飞行,并且可以有效抵抗干扰的影响,与传统控制器相比较具有更强的鲁棒性.