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摘 要

本文根据轮式管道机器人的机械结构和功能要求，完成了轮式管道机器人的控制系统的设计与研究。

在充分考虑过功能性和机器人结构后，对于控制系统的整体方案进行了初步规划，并在驱动方面选择稳定的驱动电机模块来提高精度和稳定性。完成简单电路计算后开始控制系统的硬件系统的搭建，完成了各种控制器电机的选型。轮式管道机器的控制系统分为上位机、下位机、研究轮式管道机器人传感器，使的机器人能够在控制系统作用下自由移动。主要研究内容：

1. 确定轮式管道机器人基本结构和硬件配置，
2. 研究软件系统。轮式管道机器人的控制系统软件方面将分为组件化，分为轮式驱动程序模块、主程序模块等多个独立的功能模块。每次功能的实现都是由主程序开始，接着通过对子程序模块的调用完成运动的控制，这时候下位机便发挥了作用，实现前进、后退、加速、减速、停止。机器人收到命令语言后,完成加速减速停止以及转向。
3. 对控制系统进行多次验证外加程序调试，试验结果得到了预期目标，也指出了以后的研究中需要改进的问题。

本文对轮式管道机器人的控制系统的研究设计，为轮式管道机器人的智能控制提了一种方法指导。

关键词：轮式机器人;控制系统设计;管道检测

Design of Control System of Wheeled Pipeline Robot

ABSTRACT

According to the mechanical structure and functional requirements of the wheeled pipeline robot, this paper completes the design and research of the wheeled pipeline robot's control system.

After fully considering the functionality and robot structure, the overall plan of the control system was preliminarily planned, and a stable drive motor module was selected in the drive to improve accuracy and stability. After completing the simple circuit calculation, the hardware system of the control system was built, and the selection of various controller motors was completed. The control system of the wheeled pipeline machine is divided into the upper computer, the lower computer, and the research wheeled pipeline robot sensor, so that the robot can move freely under the action of the control system. Main research content:

(1) Determine the basic structure and hardware configuration of the wheeled pipeline robot,

(2) Research the software system. The control system software of the wheeled pipeline robot will be divided into components, which are divided into multiple independent functional modules such as wheel driver module and main program module. The realization of each function starts from the main program, and then completes the control of the movement by calling the subprogram module. At this time, the lower computer plays a role to realize forward, backward, acceleration, deceleration, and stop. After receiving the command language, the robot completes acceleration, deceleration, stop and steering.

(3) The control system has been verified many times and the program has been debugged. The test results have achieved the expected goals and pointed out the problems that need to be improved in the future research.

In this paper, the research and design of the control system of wheeled pipeline robots provides a method guidance for the intelligent control of wheeled pipeline robots.

Keywords: wheeled robot; control system design; pipeline inspection

目录

摘要 I

Design of Control System of Wheeled Pipeline Robot II

ABSTRACT II

第一章 绪论 4

1.1研究背景与意义 4

1.2 国内外研究现状 4

1.2.1国外轮式管道机器人发展现状 4

1.2.2国内轮式管道机器人发展现状 6

1.3对比总结 9

第二章 轮式管道机器人控制系统方案设计 10

2.1轮式管道机器人设计思路以及需求目标 10

2.2控制系统总体设计 11

第三章轮式管道机器人控制系统硬件设计 12

3.1轮式管道机器人硬件系统整体设计 12

3.2主控芯片选用 12

3.3系统硬件模块选型 14

3.3.1电机模块 14

3.3.2蓝牙通信模块 16

3.3.3超声波避障模块 17

3.3.4摄像头模块 18

第四章轮式管道机器人控制系统软件设计 19

4.1系统开发环境 19

4.2整机协调运动控制系统构建 20

4.3电机驱动程序设计 22

4.4 蓝牙程序 24

4.5超声波避障程序设计 25

第五章总结 28

参考文献 29

致谢 30

绪论

1.1研究背景与意义

管道作为较为经济的运输手段之一，在多方面有及其广泛的应用。相比较其他运输方式而言，其经济实惠、安全而且效益比较高。管道运输经常用于运输有腐蚀性的化学材料和易燃的液体，这种如果是普通的人工运输十分危险，由于运输原料的缘故，我们必须要进行定期的检测维护。传统的管道检测是由相关人员进行的，工作量大，效率低。此外，还有一些人员无法到达的管道位置进行监测，例如输送有毒化学品的管道或复杂狭窄的内部结构。于是，管道机器人应运而生,随着科学技术的提升，我国在管道机器人的研究方面也有了不错的进展.

本文的主要目的是设计一套轮式管道机器人的控制系统，通过模块化的设计思路，使机器人达到运动、避障、蓝牙通信和视频监控功能，完成一系列我们想要的动作。

1.2 国内外研究现状

1.2.1国外轮式管道机器人发展现状

目前在管道机器人领域领先的国家主要为美国、英国、日本等，管道检测机器人结构基本可以分为4个部分，分别为信号传递装置、电力传输装置、驱动器以及传感器，其中驱动装置是管道检测移动机器人的最重要的部分。经过数十年的海外非挖掘技术发展，包括检查，升级和维修地下管道的三种施工方法，取得了重大进展，其保护技术系列也在不断改进。

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