小編今天來(lái)給大家詳細(xì)介紹一下管道機(jī)器人 ，管道機(jī)器人是一種可沿細(xì)小管道內(nèi)部或外部自動(dòng)行走、攜帶一種或多種傳感器及操作機(jī)械，在工作人員的遙控操作或計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制下， 進(jìn)行一系列管道作業(yè)的機(jī)、電、儀一體化系統(tǒng)。根據(jù)管道機(jī)器人的不同驅(qū)動(dòng)模式，大致可以分為八種。

第一種是流動(dòng)式機(jī)器人，這類機(jī)器人沒(méi)有驅(qū)動(dòng)裝置，只是隨著管內(nèi)流體流動(dòng)，屬于不需要消耗能源的被動(dòng)型機(jī)器人，但是其運(yùn)動(dòng)模式相當(dāng)有限。

第二種是輪式機(jī)器人，這一類機(jī)器人廣泛運(yùn)用于管道檢查工作，許多的商業(yè)機(jī)器人就是這一類型。

第三種是履帶式機(jī)器人，即用履帶代替輪子。

第四種是腹壁式機(jī)器人，這類機(jī)器人通過(guò)可以伸張的機(jī)械臂緊貼管道內(nèi)壁，推動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)。

第五種是行走式機(jī)器人，這類機(jī)器人通過(guò)機(jī)械足運(yùn)動(dòng)，但是這類機(jī)器人需要大量驅(qū)動(dòng)器，并且難以控制。

第六種是蠕動(dòng)式機(jī)器人，這類機(jī)器人像蚯蚓一樣通過(guò)身體的伸縮前進(jìn)。

第七種是螺旋驅(qū)動(dòng)式，即驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，螺旋前進(jìn)。

第八種是蛇型機(jī)器人，這類機(jī)器人有許多關(guān)節(jié)，像蛇一樣前行。

此外，還有一些機(jī)器人擁有多種驅(qū)動(dòng)方式。 當(dāng)然，隨著科技發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新，必將會(huì)有越來(lái)越多的類型被創(chuàng)造出來(lái)。

今天我們主要談?wù)勢(shì)喪綑C(jī)器人，也就是俗稱的管道檢測(cè)機(jī)器人。

對(duì)于輪式管道檢測(cè)機(jī)器人，精確的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)。對(duì)單個(gè)輪子、輪式移動(dòng)機(jī)器人在管道曲面上的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性及控制理論方面分析很少，需要建立一套關(guān)于輪式管道機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的理論?，F(xiàn)在來(lái)談?wù)勎覀兾錆h固德科技有限公司在管道檢測(cè)機(jī)器人的總體研究方案，

第一步，單個(gè)輪子在圓管曲面上的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析

單個(gè)輪子在圓管曲面上的位姿與運(yùn)動(dòng)描述借鑒單個(gè)輪子在平面上的位姿與運(yùn)動(dòng)描述，通過(guò)接觸點(diǎn)的切平面推廣到圓管的曲面上。以水平圓管中單個(gè)輪子分析為例。輪子與圓管的內(nèi)壁面接觸點(diǎn)Q點(diǎn)，圓管的柱面是一個(gè)空間曲面，而輪子的外緣圓是一條空間曲線，那么Q同時(shí)在空間曲線和空間曲面上。過(guò)Q作空間曲線的切線m和空間曲面的切平面，同時(shí)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(guò)接觸點(diǎn)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(gè)輪子在管道曲面上位姿描述之后，推導(dǎo)其在管道曲面上純滾動(dòng)時(shí)輪心的軌跡方程。當(dāng)輪子以角速度。在柱面上純滾動(dòng)時(shí)，柱面上與輪子接觸點(diǎn)的軌跡是一條圓柱螺旋線，可推導(dǎo)出其軌跡參數(shù)方程。為了推導(dǎo)出輪心的軌跡，以接觸點(diǎn)Q處的切矢、主法線與副法線為坐標(biāo)軸建立活動(dòng)坐標(biāo)系，即弗朗內(nèi)特(Frenet)活動(dòng)標(biāo)架，求解出輪心C點(diǎn)的坐標(biāo)，然后對(duì)其進(jìn)行微分，即可計(jì)算出柱面上單個(gè)輪子滿足純滾動(dòng)和無(wú)側(cè)滑條件下輪心瞬時(shí)速度和輪心軌跡擴(kuò)用同樣的方法分析單個(gè)輪子在圓管彎道的曲面上，16T"型接頭處的滿足純滾動(dòng)和無(wú)側(cè)滑條件下輪心瞬時(shí)速度和軌跡。根據(jù)推導(dǎo)的理論，設(shè)計(jì)輪式管道機(jī)器人新型的輪子。

第二步輪式移動(dòng)機(jī)器人在圓管曲面上的幾何約束分析入，

輪式移動(dòng)機(jī)器人在管道曲面上的位姿用機(jī)器人上一點(diǎn)空間坐標(biāo)和機(jī)器人的歐拉角表示。把輪子簡(jiǎn)化成圓盤之后，每個(gè)輪子的外緣圓可以用空間圓的方f養(yǎng)示出來(lái)。于四輪或者多于四輪的多輪機(jī)器人，機(jī)器人在管道的柱面上運(yùn)行時(shí)，都能找到三個(gè)同時(shí)與壁面接觸輪子。機(jī)器人在圓管的柱面上行駛時(shí)，3個(gè)與壁面接觸的輪子與圓管的柱面始終相切'那么對(duì)于每個(gè)輪子，輪子與壁面接觸點(diǎn)的切向量垂直于圓管半徑向量，同時(shí)垂直與輪子半徑向量。根據(jù)這一相切條件可以推導(dǎo)出3個(gè)約束方程，推導(dǎo)出機(jī)器人的空間坐標(biāo)和歐拉角這6個(gè)坐標(biāo)之間的關(guān)系。

第三步輪式移動(dòng)機(jī)器人在圓管曲面上的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模:

輪式移動(dòng)機(jī)器人在圓管中運(yùn)行時(shí)，輪心之間的相對(duì)距離不變，輪心和機(jī)器人本體上所有質(zhì)點(diǎn)之間的距離不變，所以不包括輪子，俱包括輪心的輪式機(jī)器人本體可以看成一個(gè)剛體。輪式機(jī)器人在圓管中的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)剛體螺旋運(yùn)動(dòng)。輪心既是剛體上一點(diǎn)，又是輪子上的一點(diǎn)，所以通過(guò)輪心的速度建立機(jī)器人各個(gè)輪子運(yùn)動(dòng)學(xué)特性與機(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性之間的關(guān)系。

輪式移動(dòng)機(jī)器人的控制輸入通常為驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速和舵輪的方向角。在某一時(shí)刻，機(jī)器人的位姿坐標(biāo)作為狀態(tài)變量已知，廣對(duì)于驅(qū)動(dòng)輪，可以根據(jù)前面單個(gè)輪子在圓管中的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析結(jié)果求解出輪心的瞬時(shí)速度大不和方向戶對(duì)于與壁面接觸的被動(dòng)輪，可求解出輪心瞬時(shí)速度的方向。

根據(jù)兩個(gè)輪心的速度可求解出輪式移動(dòng)機(jī)器人做瞬時(shí)螺旋的螺旋運(yùn)動(dòng)參數(shù)，根據(jù)此螺旋運(yùn)動(dòng)的角速度向量可推導(dǎo)出歐拉角的變化率以及機(jī)器人坐標(biāo)系原點(diǎn)的速度向量，進(jìn)而可推導(dǎo)出機(jī)器人的控制輸入與位姿坐標(biāo)變化的關(guān)系，即圓管中輪式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

第四步 研制二套圓管中輪式移動(dòng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一套輪子一可張開，即左右兩排輪子可以由原來(lái)平行伸展成"八"字型的新型輪式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，配置相應(yīng)的透明的管道，通過(guò)樣機(jī)的實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證己建立的理論.

爬行機(jī)器人搭載平臺(tái)又稱"運(yùn)動(dòng)搭載平臺(tái)"，是以運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為載體，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)可選擇性搭載相關(guān)檢測(cè)儀器的平臺(tái)。已應(yīng)用于軍事、電力、石油石化、無(wú)損檢測(cè)、市政、考古等行業(yè)。

武漢固德超前高新科技研發(fā)有限公司對(duì)這一項(xiàng)目的研發(fā)投入了一定的精力，在一批批優(yōu)秀人才的攻克下，產(chǎn)品銷售國(guó)內(nèi)外。為城市跳動(dòng)的脈搏打造過(guò)硬的管道檢測(cè)設(shè)備，武漢固德將來(lái)也會(huì)不斷加入研發(fā)投入，制造出更先進(jìn)更好的管道檢測(cè)機(jī)器人，為城市地下管道檢測(cè)貢獻(xiàn)出一份自己的力量，解放人力。