国产CCTV管道检测机器人的原理

轮式管道机器人，的运动学模型是实现运动控制的基础。对单个轮子、轮式移动机器人在管道曲面上的运动学特性及控制理论方面分析很少，需要建立*套关于轮式管道机器人运动学的理论。
Campion等人在前人研究成果的基础上，对轮式移动机器人在水平平整路面上的运动学与动力学模型进行了分析，总结了四种状态空间模型:二位姿运动学模型，位形运动学模型，位姿动力学模型，位形动力学模型。Karl Iagnemma等人分析了轮子与地面不是刚性条件下，地面为不规则路面时，轮子与地面的各种接触情况，*建立不厂套基于轮子与地面接触特性的模型理论。但上述模型前提假设是轮子和地面是不可变形的，地面是规则的水平路面。当轮式移动机器人运行在圆管中时，由于圆管管内环境是三维的曲面环境，轮式移动机器人实际运行在*个空间曲面上，所以上述模型不能应用于圆管中的轮式移动机器人。
      由于轮式清污机器人在圆管中作业时运行在三维的空间中，其运动学模型和平面上轮式移动机器人的运动学模型完全不同，需要在考虑几何约束和速度约束的前提下，分析轮式移动机器人的控制输入与机器人位姿坐标变化之间的关系，建立其运动学模型。日前，*外轮式管道机器人的研究热点主要是提*轮式管道机器人的可控性、通过性，机器人朝着自主行驶作业的方向发展。虽然很多学者从结构方面提*了机器人的性能，但对轮式移动机器人在圆管中的运动控制论方面还缺乏深入系统的分析。所以需要根据该运动学模型，设计相应的算法，使机器人在圆中实现稳定控制为满足工程应用的需要。
对于轮式排水管道机器人，除了从结构设计，材料选型需要下功夫之外，主要的*问题在于建立轮式机器人在圆管中的运动学模型，并设计相应的控制算法，使机器人能够自主行驶作业，也能够根据姿态信息，手工操作控制其保持水平行驶作业，不出现侧翻、卡死、驱动力不足，有良好的可控性。
     为了建立轮式机器人在圆管中的运动学模型，解决以下4个问题，并设计相应的运动控制算法从理论上需要解决：
(1) 单个轮子在管道曲面上的任意位姿时轮心的瞬时速度，轮心的轨迹单个轮子在管道中运动学特性的*问题在于对其位姿的描述卜以及其在满足纯滚动和无侧滑条件下轮心的速度。
(2) 分析轮式移动机器人在管道曲面的几何约束，推导出6个位姿坐标之间的关系
轮式机器人在管道中运行在三维的柱面环境中，其位姿坐标从平面上的3维变成了空间的6维。但由于机器人在管道中运行时，具有特定的几何约束tY这6个位姿坐标并不是互相独立的，所以有必要推导出这6个位姿坐标之间的关系。
(3) 建立轮式移动机器人在圆管曲面上的运动学模型，推导运动学模型的难点在于如何建立控制输天与位姿坐标变化率之间的关系。机器人的控制输入直接影响轮心的速度，而轮心确定了机器人刚体的速度，所以需要分析机器人刚体与轮心速度之间的关系。这*问题的实质在于推导机器人瞬时螺旋运动参数和控制输入的关系，导机器人的位姿变化率与控制输入之间的关系。
(4) 根据运动学模型和作业要求卜设计相应的控制率，使机器人在管道中能够保持水平行驶，根据已经建立的运动学模型，把姿态角作为状态变量，通过姿态传感器的反馈，设计相应的控制率，控制机器人在管道中按照要求的姿态行驶。运动学模型主要用来设计控制率和运用李雅普诺夫(Lyapunov)函数对其进行稳定性分析。