新型轮腿配合式排水管道检测机器人控制系统设计

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1、·电气技术与自动化·高宏，等·新型轮腿配合式排水管道检测机器人控制系统设计新型轮腿配合式排水管道检测机器人控制系统设计高宏。黄民，李天剑，肖晶晶，韩春茂(北京信息科技大学机电工程学院。北京100085)摘要：提出了一种新型轮腿配合式管道机器人的设计思想。机器人通过轮式驱动和腿式驱动二者的相互配合，兼有轮式机器人移动速度快及腿式机器人环境适应能力强等优点。对机器人结构及组成进行了设计，运用重心偏移的方法保证机器人腿式行进时不发生侧翻。对整个机器人的控制系统进行设计，包括主机控制系统的单片机硬件设计、移动载体和CCD摄像头控制系统

2、的软件结构设计。关键词：轮腿机器人；重心偏移；控制系统；单片机中图分类号：TH12；TP24文献标志码：B文章编号：1671-5276(2011)03-0141-O4ControlSystemDesignofNewKindofWater-pipeRobotwithLegsandWheelsGAOHong，HUANGMing，LITian—jia．，XIAOJing-jing，HANChun—mao(CollegeofMechanical＆ElectricalEngineering，BeijingInformationScien

3、ce&TechnologyUniversity，Beijing100085，China)Abstract：Thispaperdesignsanewkindofin-piperobotwithlegsandwheels，whichhassomeadvantagesofhighmovingspeedbywheeldrivingandgoodenvironmentadaptationbylegdriving．Thisrobotcanmovestablybythegravityshiftsystemwhenitmovesbylegdr

4、iving．Thewholecontrolsystemincludesmicrocontrolerhardwareofmainengine，softwarestructureofmobilecarrierandCCDcamera．Keywords：robotwithlegsandwheels；gravityshift；controlsystem；microcontroler。两种驱动方式的优势互补。0引言1机器人结构及其组成目前，城市排水管道大多埋于地下，管道经过长期服役后，难免会出现局部损坏、堵塞等现象，一旦发生故障，本设计

5、提出的轮腿配合式机器人结构如图1所示。通常采用人工作业的方式来排除。但是排水管道环境恶包括轮式驱动行进系统、腿式驱动行进系统、高度可调升劣，存在劳动强度大、效率低的缺点，对此国内外已有单位降检测系统三大部分。展开研究，通过设计一种携带多种传感器及操作装置的管道机器人来完成管道内部的检测和维修。一个完整的管道机器人系统，通常由移动载体即行走机构、管道内部环境识别检测系统、信号传递和动力传输系统及控制系统组成⋯。根据管道机器人移动载体驱动原理及驱动方式的不同，有文献将管道机器人分为介质压差驱动、轮式驱动、爬行式驱动、腹壁式驱动、行

6、走式驱动、蠕动式驱动和螺旋式驱动等七类。本文在总结多种驱动方式各自优缺点的基础上，提出一种新的轮腿配合式管道机器人的设计思想，完成了机器人的结构设计，并针对这一结构，设计开发了其控制系统。该设计结合了轮式和腿式步行机器人的优点，通过控制系统控制，根据不同的外部环境，适时地变换机器人行进的驱动方式。当管道内部工况较好时，选用有足够驱动能力0的轮式驱动方式使机器人快速行进完成相关作业；当机器1一检测系统；2一腿式驱动系统；3～轮式驱动系统人遇到凸起等障碍物，轮式驱动由于可能发生托底现象而图1机器人结构不能行进时，机器人将选择腿式驱

7、动行进，跨越障碍，实现基金项目：北京信息科技大学校基金(1025008)作者简介：高宏(198O一)，男，山西繁峙人，实验师，硕士，研究方向机械设计及理论、机器人技术。MachineBuilding日Automation，Jun2011，40(3)：141～144·14l··电气技术与自动化·高宏，等·新型轮腿配合式排水管道检测机器人控制系统设计轮式驱动行进系统用以实现机器人在管道内部的快3v速作业，可以在管道内进行前进、停止、后退、拐弯等操作。UU为此设计的轮式驱动系统采用后轮驱动前轮随动的方式，腿1着地腿2抬起由两个电动机

8、分别通过减速器、锥齿轮换向后独立控制两∞个后轮的转速，当机器人发生跑偏时，通过控制系统调整两后轮驱动电动机的转速差以完成纠偏，使机器人回到正确的行进姿态。腿式驱动行进系统共由四条腿组成。四腿的表现形腿4着地式为相同的四组四连杆机构，其中四腿组成中各自的连杆几n分别作为机器人的