國產CCTV管道檢測機器人的原理

輪式管道機器人，的運動學模型是實現運動控制的基礎。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*套關于輪式管道機器人運動學的理論。
Campion等人在前人研究成果的基礎上，對輪式移動機器人在水平平整路面上的運動學與動力學模型進行了分析，*結了四種狀態空間模型:二位姿運動學模型，位形運動學模型，位姿動力學模型，位形動力學模型。Karl Iagnemma等人分析了輪子與地面不是剛性條件下，地面為不規則路面時，輪子與地面的各種接觸情況，*建立不廠套基于輪子與地面接觸特性的模型理論。但上述模型前提假設是輪子和地面是不可變形的，地面是規則的水平路面。當輪式移動機器人運行在圓管中時，由于圓管管內環境是三維的曲面環境，輪式移動機器人實際運行在*個空間曲面上，所以上述模型不能應用于圓管中的輪式移動機器人。
      由于輪式清污機器人在圓管中作業時運行在三維的空間中，其運動學模型和平面上輪式移動機器人的運動學模型*不同，需要在考慮幾何約束和速度約束的前提下，分析輪式移動機器人的控制輸入與機器人位姿坐標變化之間的關系，建立其運動學模型。日前，*外輪式管道機器人的研究熱點主要是提*輪式管道機器人的可控性、通過性，機器人朝著自主行駛作業的方向發展。雖然很多學者從結構方面提*了機器人的性能，但對輪式移動機器人在圓管中的運動控制論方面還缺乏深入系統的分析。所以需要根據該運動學模型，設計相應的算法，使機器人在圓中實現穩定控制為滿足工程應用的需要。
對于輪式排水管道機器人，除了從結構設計，材料選型需要下功夫之外，主要的*問題在于建立輪式機器人在圓管中的運動學模型，并設計相應的控制算法，使機器人能夠自主行駛作業，也能夠根據姿態信息，手工操作控制其保持水平行駛作業，不出現側翻、卡死、驅動力不足，有良好的可控性。
     為了建立輪式機器人在圓管中的運動學模型，解決以下4個問題，并設計相應的運動控制算法從理論上需要解決：
(1) 單個輪子在管道曲面上的任意位姿時輪心的瞬時速度，輪心的軌跡單個輪子在管道中運動學特性的*問題在于對其位姿的描述卜以及其在滿足純滾動和無側滑條件下輪心的速度。
(2) 分析輪式移動機器人在管道曲面的幾何約束，推導出6個位姿坐標之間的關系
輪式機器人在管道中運行在三維的柱面環境中，其位姿坐標從平面上的3維變成了空間的6維。但由于機器人在管道中運行時，具有特定的幾何約束tY這6個位姿坐標并不是互相獨立的，所以有必要推導出這6個位姿坐標之間的關系。
(3) 建立輪式移動機器人在圓管曲面上的運動學模型，推導運動學模型的難點在于如何建立控制輸天與位姿坐標變化率之間的關系。機器人的控制輸入直接影響輪心的速度，而輪心確定了機器人剛體的速度，所以需要分析機器人剛體與輪心速度之間的關系。這*問題的實質在于推導機器人瞬時螺旋運動參數和控制輸入的關系，導機器人的位姿變化率與控制輸入之間的關系。
(4) 根據運動學模型和作業要求卜設計相應的控制率，使機器人在管道中能夠保持水平行駛，根據已經建立的運動學模型，把姿態角作為狀態變量，通過姿態傳感器的反饋，設計相應的控制率，控制機器人在管道中按照要求的姿態行駛。運動學模型主要用來設計控制率和運用李雅普諾夫(Lyapunov)函數對其進行穩定性分析。

管道CCTV檢測機器人是*款基于工控機系統設計的產品，采用筆記本電腦代替傳統主控。在檢測過程中，抓取缺陷圖片，檢測完成后，可立即得到檢測報告。此外，可以在檢測的過程中實時獲取管道的坡度曲線，以此判斷管道內部沉積情況。使用魚眼鏡頭并結合“PipePano管道全景檢測視頻分析軟件”可生成管道內壁的全景圖像，以便進行更加精細、可量化（測量管徑、裂縫寬度等）的分析和判讀。