本文關(guān)鍵詞：水庫涵管檢測機(jī)器人的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水庫放水涵管作為下游灌溉、供水的輸送通道,是重要的水工建筑物之一。定期巡檢放水涵管是保障水庫安全運(yùn)行的必備工作。目前主要依靠人工外部視察以及延長桿加裝攝像頭查看涵管是否破損、斷裂、風(fēng)化等,缺點(diǎn)是探測距離短,檢測效果差、效率低,因此采用管道機(jī)器人替代人工檢測具有重要意義。當(dāng)前的管道機(jī)器人分為有動(dòng)力和無動(dòng)力系統(tǒng),包括車輪式、履帶式、支撐輪式、蠕動(dòng)式、螺旋輪式等機(jī)械結(jié)構(gòu)形式,它們研究的重點(diǎn)都集中在直管爬行、過彎和過分支管道能力,一旦進(jìn)入類似水庫涵管等內(nèi)部有風(fēng)化凹坑和固體障礙物的管道,則無法實(shí)現(xiàn)避障前行,這限制了當(dāng)前已有的管道機(jī)器人在水庫涵管內(nèi)的應(yīng)用。針對這一問題,本論文研制了一種伸縮式六支撐輪管道檢測機(jī)器人,主要研究內(nèi)容包括機(jī)械本體、視覺檢測導(dǎo)航和控制系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容如下:1)根據(jù)水庫涵管的內(nèi)部環(huán)境,采用伸縮式六支撐輪機(jī)械本體和驅(qū)動(dòng)輪可轉(zhuǎn)向的行走方式,通過調(diào)整機(jī)器人在管內(nèi)姿態(tài)角實(shí)現(xiàn)避障。對管內(nèi)拖動(dòng)力、轉(zhuǎn)向阻力進(jìn)行計(jì)算,完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2)采用攝像頭觀測管內(nèi)的缺陷,同時(shí)通過機(jī)器視覺分析實(shí)現(xiàn)管內(nèi)導(dǎo)航。利用Matlab圖像工具箱編程,經(jīng)過圖像灰度變換、去噪、二值化處理,再由膨脹和腐蝕運(yùn)算分離管內(nèi)障礙物信息,最終填補(bǔ)圖像空洞,分析每個(gè)連通域特征以獲取管道中心和障礙物中心,由算法計(jì)算出障礙角用以調(diào)整管道機(jī)器人姿態(tài)進(jìn)行避障。3)完成下位機(jī)控制器設(shè)計(jì),通過RS232串口與上位機(jī)通訊,接收上位機(jī)指令解析后控制電機(jī)的運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)管道機(jī)器人的管內(nèi)自主導(dǎo)航。同時(shí),預(yù)留有下位機(jī)人工控制模式,必要時(shí)刻由按鈕控制管道機(jī)器人排險(xiǎn)脫困。4)完成管道機(jī)器人的樣機(jī)研制,并搭建試驗(yàn)管道,進(jìn)行管內(nèi)爬行和視覺自動(dòng)導(dǎo)航試驗(yàn)研究。管道機(jī)器人的尺寸變化范圍為φ500mm±10mm,由試驗(yàn)結(jié)果得出,機(jī)器人拖動(dòng)力達(dá)到149N,并驗(yàn)證了伸縮式六支撐輪管道機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)管內(nèi)調(diào)姿態(tài)避障前行,滿足水庫涵管檢測需要。
【關(guān)鍵詞】：管道機(jī)器人 伸縮式支撐輪 機(jī)器視覺 自主導(dǎo)航 避障
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TV698.1;TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 水庫涵管檢測機(jī)器人研究的目的和意義10
• 1.2 國內(nèi)外管道機(jī)器人研究概況10-17
• 1.2.1 國外管道機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r11-15
• 1.2.2 國內(nèi)管道機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r15-17
• 1.3 管道機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)17-18
• 1.4 本文的主要工作及內(nèi)容安排18
• 1.5 本章小結(jié)18-19
• 第二章 水庫涵管檢測機(jī)器人方案設(shè)計(jì)19-26
• 2.1 水庫涵管檢測機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)要求19-21
• 2.2 水庫涵管檢測機(jī)器人的變徑方案21-22
• 2.3 水庫涵管檢測機(jī)器人的轉(zhuǎn)向方案選擇22-25
• 2.3.1 拉索驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)22-24
• 2.3.2 錐齒輪同步轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)24-25
• 2.4 視覺與電氣控制方案25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第三章 水庫涵管檢測機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)26-39
• 3.1 整機(jī)機(jī)構(gòu)組件劃分26
• 3.2 驅(qū)動(dòng)輪組設(shè)計(jì)26-33
• 3.2.1 拖動(dòng)力的分析計(jì)算和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型26-29
• 3.2.2 伸縮彈簧的設(shè)計(jì)29-30
• 3.2.3 分動(dòng)機(jī)構(gòu)的計(jì)算與設(shè)計(jì)30-32
• 3.2.4 驅(qū)動(dòng)輪組的設(shè)計(jì)結(jié)果32-33
• 3.3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)33-35
• 3.3.1 轉(zhuǎn)向阻力計(jì)算與轉(zhuǎn)向電機(jī)選型33-34
• 3.3.2 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)34-35
• 3.4 輔助結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)35-37
• 3.4.1 傳動(dòng)箱防水密封裝置35-36
• 3.4.2 整機(jī)的連接桿36
• 3.4.3 攝像頭安裝架36-37
• 3.5 管道機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果37
• 3.6 本章小結(jié)37-39
• 第四章 管道機(jī)器人控制方案的設(shè)計(jì)39-53
• 4.1 機(jī)器視覺圖像處理基礎(chǔ)39-42
• 4.2 管道內(nèi)機(jī)器視覺的標(biāo)定42-45
• 4.3 管壁檢測與避障方案45-50
• 4.3.1 機(jī)器人在管內(nèi)運(yùn)行學(xué)模型建立45
• 4.3.2 管道內(nèi)缺陷及障礙識別45-48
• 4.3.3 避障的策略分析與避障方法48-50
• 4.4 控制系統(tǒng)的硬件選擇50-51
• 4.5 下位機(jī)控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)51-52
• 4.6 本章小結(jié)52-53
• 第五章 管道機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)53-65
• 5.1 控制程序總體框架設(shè)計(jì)和串口通訊協(xié)議的制定53-54
• 5.1.1 控制程序總體框架設(shè)計(jì)53
• 5.1.2 串口通訊協(xié)議的制定53-54
• 5.2 視頻數(shù)據(jù)傳輸方式的確定54-55
• 5.3 下位機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)55-59
• 5.4 上位機(jī)GUI界面軟件設(shè)計(jì)59-63
• 5.5 本章小結(jié)63-65
• 第六章 管道機(jī)器人的樣機(jī)研制與試驗(yàn)65-71
• 6.1 管道機(jī)器人的樣機(jī)研制65-66
• 6.2 試驗(yàn)環(huán)境設(shè)計(jì)與搭建66-67
• 6.3 管道機(jī)器人的行動(dòng)能力試驗(yàn)67
• 6.4 基于圓形圖視覺標(biāo)定67-68
• 6.5 管道機(jī)器人的避障試驗(yàn)68-70
• 6.6 管道機(jī)器人的拖動(dòng)力測量70
• 6.7 本章小結(jié)70-71
• 第七章 總結(jié)與展望71-72
• 7.1 總結(jié)71
• 7.2 研究展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 致謝75-76
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果76

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鐘映春,楊宜民;新型無纜管道機(jī)器人的研究[J];機(jī)械工程師;2004年08期

2 金成柱,李江雄,柯映林;潛入式微細(xì)管道機(jī)器人的全程定位方法[J];中國機(jī)械工程;2004年16期

3 胡文君,李著信,蘇毅,劉楠;管道機(jī)器人在三通處的通過性分析[J];后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào);2005年03期

4 鐘映春;楊宜民;;新型能源自給式管道機(jī)器人的原理設(shè)計(jì)與研究[J];機(jī)床與液壓;2006年07期

5 郭鳳;許馮平;鄧宗全;彭敏;;管道機(jī)器人彎道處驅(qū)動(dòng)力研究[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2006年08期

6 劉強(qiáng);王樹立;趙書華;陳宏;;油氣儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)管道機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J];管道技術(shù)與設(shè)備;2006年06期

7 王佳;胡俠;柳洪義;;球形管道機(jī)器人設(shè)計(jì)[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2006年12期

8 吳洪沖;雷秀;;管道機(jī)器人彎管通過性的分析[J];機(jī)械制造與自動(dòng)化;2007年04期

9 王殿君;李潤平;黃光明;;管道機(jī)器人的研究進(jìn)展[J];機(jī)床與液壓;2008年04期

10 萬海波;包志炎;;螺旋輪式微型管道機(jī)器人設(shè)計(jì)[J];機(jī)械工程師;2008年07期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 鐘映春;楊宜民;;新型能源自給式管道機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[A];中國微米、納米技術(shù)第七屆學(xué)術(shù)會(huì)年會(huì)論文集（一）[C];2005年

2 馬宏;白素平;閆鈺鋒;;管道機(jī)器人系統(tǒng)的研究[A];第三屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

3 崔高健;姜生元;;流體驅(qū)動(dòng)式管道機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀[A];全國冶金自動(dòng)化信息網(wǎng)2012年年會(huì)論文集[C];2012年

4 常玉連;邵守君;高勝;;石油工業(yè)中管道機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用前景[A];2006年石油裝備學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2006年

5 官長斌;陳娟;劉永紅;;一種新型蠕動(dòng)式管道機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[A];第五屆全國流體傳動(dòng)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議暨2008年中國航空學(xué)會(huì)液壓與氣動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

6 薛龍;鄒勇;蔣力培;徐立力;賈濱陽;;異型斷面管道機(jī)器人焊接控制技術(shù)研究[A];第十五次全國焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

7 張榮沂;王科俊;史偉;賁f[燁;;基于SMA的新型蠕動(dòng)式微型管道機(jī)器人研究[A];2009年中國智能自動(dòng)化會(huì)議論文集（第七分冊）[南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)（增刊）][C];2009年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 曹愛方邋通訊員 盛一冰;我市首個(gè)“管道機(jī)器人”上崗[N];寧波日報(bào);2008年

2 見習(xí)記者 朱建華;李智祥:“管道機(jī)器人”就差最后調(diào)試[N];長江日報(bào);2010年

3 錦萍邋宗圓 瑾亮;管道機(jī)器人首次上崗[N];常州日報(bào);2008年

4 丁姍　記者 趙鳳華;微型管道的“安全員”[N];科技日報(bào);2011年

5 記者 徐磊　通訊員 丁姍;“毛毛蟲”能給核電站檢漏[N];蘇州日報(bào);2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 李軍遠(yuǎn);基于超低頻電磁波的管道機(jī)器人示蹤定位技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

2 徐從啟;自主鎖止蠕動(dòng)式微小管道機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

3 王永雄;管道機(jī)器人控制、導(dǎo)航和管道檢測技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2012年

4 程良倫;微管道機(jī)器人及其智能控制系統(tǒng)的研究[D];中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所;2000年

5 王忠巍;自主海底管道機(jī)器人智能控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2010年

6 張學(xué)文;管道機(jī)器人三軸差動(dòng)式驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)與可靠性研究[D];吉林大學(xué);2008年

7 梁亮;液體環(huán)境下螺旋管道機(jī)器人的研究[D];中南大學(xué);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 夏旭東;水庫涵管檢測機(jī)器人的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[D];浙江理工大學(xué);2016年

2 郝云雷;基于外磁場驅(qū)動(dòng)的微型管道機(jī)器人研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

3 朱新忠;管道機(jī)器人越障能力及拖動(dòng)力研究[D];大慶石油學(xué)院;2010年

4 周洪龍;小型管道機(jī)器人系統(tǒng)研究[D];吉林大學(xué);2011年

5 楊文凱;基于多傳感器信息融合的管道機(jī)器人管內(nèi)通過性研究[D];中國石油大學(xué);2011年

6 金杰;管道機(jī)器人控制及通訊系統(tǒng)和管道檢測[D];東華大學(xué);2006年

7 黃明偉;新型無纜管道機(jī)器人的初探[D];廣東工業(yè)大學(xué);2006年

8 張宓;移動(dòng)式管道機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D];大慶石油學(xué)院;2007年

9 史曉萌;小管徑工程管道機(jī)器人及其驅(qū)動(dòng)特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

10 王治國;非等徑垂直管道機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)研究[D];東華大學(xué);2009年

  本文關(guān)鍵詞：水庫涵管檢測機(jī)器人的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：256969