探讨无缆微型管道机器人的控制系统

探讨无缆微型管道机器人的控制系统

魏蕴中

佛山市金天皓科技有限公司广东佛山528000

摘要：伴随科学技术和手段的日益精进，人们逐渐注意到机器人领域的重要程度，利用机器人来代替繁重的机械的劳动已经变得非常普遍了。作为机器人领域的新兴科研项目，无缆微型管道机器人的开发与研究成为现阶段的热门话题。由于在工业生产中时常会碰到一些细小的管道，受到了很大的空间因素的影响，出现不同程度的艰难作业工况，严重的制约着相关技术人员的施工正常进行，基于更好的实现有序合理地检测以及维护任务的目标，从而给出了无缆微型管道机器人的设想，其以锥形旋转磁场为驱动，借助于机器人的控制系统来处理具体问题的可行性方案。基于设计机器人控制系统的硬件，来得到控制系统软件的流程图。根据控制执行机构进而完成无缆微型管道机器人的速度控制及双向行走。无缆微型管道机器人的控制系统有着以下几个方面的显著特征，如灵活便捷及可靠简单等，可以看出其在未来几年的微型管道检测领域具有十分广阔的发展趋势和应用前景。

关键词：无缆；微型；管道机器人；控制系统

国内外现阶段针对无缆微型管道机器人的探讨与分析的驱动形式类型，即借助于外磁场驱动，这也是一种目前最为常见的无缆驱动形式。根据所具备的经验以及查阅相关资料可知，以往的管道机器人的类型通常是仿生蠕动式、腿式及轮式等，普遍存在着以下几种亟待解决的问题，如机器人何管壁间的摩擦力大、行走距离短等。在生产和工艺方面，若只是利用减小管道机器人的外形尺寸，不能够从根本上解决工艺上出现的相应问题。驱动器选取磁性材料，涉及到钕铁硼、铁磁橡胶以及超磁致伸缩合金等。驱动线圈根据轴线相互垂直的螺线管线圈和亥姆霍兹线圈共同构成[1]。

1.控制系统的工作原理

通过查找相关的现有资料，得知对于以往的微型管道机器人的控制系统，大多数根据电气连接线来完成连接工作，在平时使用时必须采取很大量的设备维护和调试任务，同时机器本身的耗能量较大。由于复杂的线路增加了相关机器设备安装的工作量，且机器的质量还得不到有效的保证。以通信技术为基础的管道机器人的控制系统很好地解决了传统电气自动控制系统的缺陷，快速地发展成了当前的机械自动化类设备，特别是管道机器人领域的控制系统的主流和前沿技术。

我国在机械自动化领域的有关技术和手段还存在严重的劣势，自动化程度还有待提高。在讨论管道机器人的控制系统前，先来了解下控制系统的工作原理，这样能够有个更加深刻的认识和掌握，有利于推进整个项目研究的进程。一般管道机器人的控制系统的功用是完成控制利用直流电机来驱动装载线圈的小车的运动方向以及控制为形成旋转磁场的亥姆霍兹线圈组供电电源[2]，利用亥姆霍兹线圈与螺线管线圈具有互相垂直的轴线的特性，将他们依次堆叠构成组合驱动线圈，这里采用向该组合驱动线圈添加直流或交流电流进而生成锥型旋转磁场来影响钕铁硼永磁性材料运动，此材料镶嵌在机器人的头部位置[3]。

2.设计控制系统的硬件

无缆微型管道机器人的控制系统通常分为以下几个组成部分：载有驱动线圈的小车移动部分、旋转磁场信号发生部分以及恒定磁场信号发生部分。其中，利用信号发生器来制造恒定磁场的电源信号，利用旋转磁场控制模块制造旋转磁场的电源信号，利用执行机构模块控制载有驱动线圈的小车移动信号。

2.1设计执行机构模块

基于无缆微型管道机器人的自身特点，主要体现在具有较慢的移动速度以及较高的位移精度两个方面。这里利用L293D驱动芯片来放大功率指标，同时利用ATmegal6AVR单片机来输出PWM波。综合各方面最优条件的情况下，电机的选取结果为直流齿轮减速电机。

2.2设计旋转磁场控制模块

利用集成芯片IR2110把AVR单片机释放的PWM控制信号转换成高压驱动信号，通常旋转磁场控制电路借助于功率MOSFET来当作开关管。由于磁场具有可叠加性，故两正弦磁场可以相互叠加而形成旋转磁场[4]。根据桥控制晶体管的逆变特性，设计旋转磁场的驱动电源的原理是借助单片机输出四路两相相角相差度的信号，从而产生两路相角相差度的正弦信号，再利用该信号对亥姆霍兹线进行驱动，就会出现相互正交的两个相位相差度的正弦磁场。

3.设计控制系统的软件

对利用计算机数字化的分析技术，就使项目的内容也不断的规范性，为了能够对现代化的进程进行适应，就必须要对无缆微型管道机器人的控制系统的信息数据化建设进行不断的加强。

在进行控制系统的软件设计时，根据直流电机的特性，同时借助于增量式数字PID能够调整直流电机的转速，对快速去除速度误差有很大帮助。ATmega16单片机的组成部分之一为具有PWM功能的16位定时/计数器，在单片机的工作状态处于PWM模式当中，通过调节OCR2的数值能够改变管脚输出PWM的占空比[5]。

对无缆微型管道机器人的控制系统信息化的建设进行完善，就要利用现阶段国际上最先进的技术和手段，同时合理科学的应用有关机器设备，尽可能的降低研究分析过程中的各种误差，体现出科研精神的严谨一面。争取从多个方面来共同确无缆微型管道机器人的控制系统的研发和推广工作能够有条不紊的快速进行，从而能够形成一整套的完备的网络状的有机发展路线，全方位的多角度的对管道机器人的控制系统实行信息化的管控，实时的掌握机器人的工作动态，更好地指导接下来的有关科研项目。对传统的管道机器人科研项目工作当中的纰漏和疏忽进行最大限度地弥补，最终实现对现代化的多元化的国际市场需求进行适应。要对有关技术人员和操作人员的日常行为表现进行详细的书面记录，并且要制定一系列的具有时效性的激励惩罚制度，以此来促进和提高人员的工作主动性与积极性。在研究和分析无缆微型管道机器人的控制系统工作的过程当中，要求相关的管理单位和部门对资金的投入力度进行逐渐的加大，达到对科研软件的升级和开发进行逐渐的促进的目的，也要对技术人员及操作人员进行定期或不定期的培训和指导，将逐渐完成现代化的技术和人才的发展实现平衡的飞快进步，并且对如何满足多元化的需求进行探索和适应，同时还要对资源共享的资金播放量进行增加，从而实现在各科研院所间的信息网通和交流平台，也间接地为我国的经济建设提供了强有力的技术支持。

4.结语

在实际研究无缆微型管道机器人时，分析其控制系统具有指导性的意义，获取的有巨大价值的科研项目也逐渐的有了不可阻挡的上升的趋势，不断取得革命性的突破。在对控制系统进行实验论证的过程中，带动了相关领域的科学技术和手段不断的进步，从而切实的形成了一整套健全和完善的控制系统，但是在实际的应用和实践当中，还存在着一些相关的问题和漏洞。对于我国传统的机器人的课题研究，也已经不能够适应目前的经济发展的状况。我们必须摒弃传统的经验式的无缆微型管道机器人的科研模式，逐步实行科学化现代化的技术和手段。本文通过分析与研究控制系统在无缆微型管道机器人中的核心作用，旨在让人们能够直观的了解该系统在机器人领域中的重要性。

参考文献：

[1]薛君妍.移动旋转磁场驱动的微型管道机器人的研究[D].哈尔滨工程大学，2009.

[2]李一鸣，姜宁，刘帅.新中国成立以来中国音乐发展概述[J].艺术科技，2014（7）.8-9

[3]李一鸣，常亮，郝祁霞.高校德育实践缺位的原因分析[J].高教论坛，2013（8）.17-18

[4]任思璟，董金波，王安华，徐益民，崔崇信.无缆泳动式煤矿管道检测机器人控制系统的研究[J].煤矿机械，2012，06：168-170.

[5].李一鸣，王锐，李卓妮.大学生跨文化能力培养研究——以文理渗透为视角[J].黑龙江省政法管理干部学院学报，2016，（1）.150-151