一、微型管内机器人的发展现状与展望（论文文献综述）
蔡兆祝[1]（2021）在《基于两栖机器人的雨污管道自动化巡检技术研究》文中指出市政污水管道是现代人类生活不可或缺的重要组成部分,其局部的损伤和堵塞会带来全局的瘫痪,甚至造成灾难性的恶果。由于这些管道结构尺寸多样及管内环境复杂多变,造成管内人工巡检和作业困难,极大地阻碍雨污管道运维的有效实施。因此,开展面向雨污管道的巡检和作业技术的研究具有十分重要的意义。目前,将移动机器人与机器视觉或声呐检测技术融合而实施的污水管道巡检技术,已成为了该领域的研究热点,并逐步得到了应用。而现有的巡检技术对管道环境要求苛刻,国家标准也对机器人巡检时管内水位进行了强行限制,且作业前需要人工对管道清淤和截流处理,以保证管内无水或低水位的环境。据此研制出管道机器人检测系统爬行方式固定、检测方法单一以及巡检范围有限,无法在淤泥堆积和高水位环境下爬行和巡检,难以应用于自然状态下雨污管道的运维。事实上,融合机器视觉或声呐检测的机器人在雨污管道内爬行时,管内水位高低不同、水质复杂多变以及淤泥堆积,机器人在爬行时车轮与淤泥和水流的耦合作用,会出现打滑、抖动和偏航等位姿难以控制的问题,造成采集的管内视觉图像模糊和掉帧,声呐图像噪声大和分辨率低,严重的影响了机器人巡检的效果。基于以上背景,提出开展基于两栖机器人的雨污管道自动化巡检技术研究。在了解雨污排水管道机器人巡检相关技术研究现状及其发展趋势的基础上,确定基于两栖机器人的雨污排水管道自动化巡检总体技术方案,重点开展了管内复杂环境下两栖机器人运动控制及管道视觉和声呐检测等关键技术的研究,解决了雨污管道机器人在混浊水下目标检测及运动控制等难题。同时,完成了两栖机器人本体和视觉声呐检测模块的设计,并将两者相结合研发出了一套基于两栖机器人的雨污管道检测系统。另外,还利用所研发的系统开展实验研究,证实了本文所研发技术的可行性和有效性。主要的研究工作体现在:第一章,论述雨污管道应用及其巡检技术研究的重要意义,系统总结了国内外管道机器人及其巡检相关技术的研究现状及其发展趋势,分析了当前管道机器人自动化巡检技术所存在的问题及相应的对策,明确论文的研究方向。同时,还对论文的研究内容及其章节进行安排。第二章,分析了水介质内声波传播机理及其声学效应,明确了声呐成像特点和影响因素,并分析了视觉成像原理及其稳像处理技术基础,明确稳像处理步骤和相关关键技术,建立了视觉稳像处理模型。同时,在明确雨污管道自动化巡检系统功能和性能目标的基础上,完成系统总体方案的设计,并凝练了有待解决的关键技术。第三章,开展管内两栖机器人机械本体设计与运动控制技术的研究。在明确雨污管道机器人巡检系统功能与性能目标的基础上,完成了一种具有水陆两栖爬行能力的轮式机器人机械本体的设计分析。同时,建立了两栖机器人管内运动学与动力学模型,并实现管内复杂下机器人的运动控制,奠定面向管内巡检的移动机器人技术基础。第四章,开展管内复杂环境的声呐与视觉巡检图像处理技术的研究。在建立管内无水环境下动态视觉成像运动干扰模型的基础上,采用特征匹配对视觉图像帧的像素点进行运动估计、卡尔曼滤波对全局运动矢量进行平滑处理及相邻域补偿对图像进行重构拼接,实现动态视觉图像的稳像处理。同时,对污水声呐图像进行降噪处理,并完成声呐图像对比度增强,采用Laplace算子对图像灰暗区域锐化增强,从而实现声呐图像的清晰化处理,奠定面向管道巡检的视觉和声呐检测的技术基础。第五章,通过上述各章节所研发的理论与技术成果,采用分布式的体系结构、模块化的设计策略,在完成具有管内水陆两栖爬行能力的管道机器人加工制造的基础上,将管内声呐和视觉检测与机电一体化技术相结合,采用电力载波通讯方式实现系统的集成,研发出一套基于两栖机器人的雨污管道巡检系统。同时,利用该系统进行相关实验研究,证实了本文所研发技术与系统的可行性与有效性。第六章,对本文的研究内容进行总结,对以后的进一步深入研究进行展望。
李志坚[2]（2020）在《基于光子晶体阵列的高光谱成像机理与分类方法研究》文中研究说明高光谱成像与检测技术是集新型探测技术、精密光学器件、高速信号处理技术于一体的综合性技术,在地质、海洋、农业、大气和环境探测领域已经得到了广泛应用。在食品、医药、医学等工业检测领域,高光谱视觉检测技术具有极大的发展潜力,亟需突破成像设备小型化、高速化,以满足工业生产中的高速高精视觉检测需求。现有的大型高光谱成像设备体积庞大,价格昂贵,成像速度慢,限制了其大规模推广,而市面上的便携式高光谱相机均需要空间扫描或光谱扫描,拍摄时间较长。本文研究了一种基于光子晶体阵列的小型快照式高光谱成像系统,实现了较高的光谱分辨率和空间分辨率,且易于制造,该技术有利于推动高光谱视觉检测在工业领域的应用。分析了高光谱检测技术应用于工业检测所面临的挑战,由于常规的高光谱成像装置中的光谱传感器需要较长的光路以便将邻近波长的光分开,在自由空间中设计较长的光路就需要复杂精密的光学元件,导致高光谱成像设备体积、价格均无法降低。光子晶体的复杂表面结构可以使光在其中多次反射和折射,可以在很小的空间内实现很长的光路,复杂的光响应特性使它能够产生非常丰富的光传输特征,与压缩感知技术相结合可以实现小型、快照式高光谱成像,通过进一步设计高光谱图像处理算法,实现了基于光子晶体阵列的高光谱成像与检测系统。主要研究内容包括:1.分析了光谱分光的基本原理,提出采用光子晶体滤波的小型快照式高光谱成像方案。由具有不同结构的光子晶体组成光学滤波阵列,对入射的多波段复合光进行分散下采样或者重新编码采样,图像传感器各像素点同时捕捉不同空间位置和不同波段的光谱信息,借助光谱重构组件对目标场景进行高光谱图像重建,实现了小型化和快照式高光谱成像。2.分析了光子晶体的结构特点,设计了基于光子晶体滤波阵列的光谱传感器,提出了基于窄带滤波的光谱感知方案和基于宽带滤波和压缩感知理论的高光谱重建方法,通过设计光谱感知实验并与商用光谱仪进行对比,证明了该利用光子晶体阵列进行高光谱成像的技术达到了商用水平。3.设计了两种周期性孔阵列的光子晶体结构,并采用FDTD方法和CMT方法研究了光子晶体的传输特性。研究了具有环形孔阵列结构的光子晶体和具有双周期孔阵列结构的光子晶体的光学反射特性,由于光学束缚态的存在,该阵列结构会产生一个窄带反射谱,具有极高的品质因子。通过改变光子晶体环形孔内外半径、晶格常数和周围介质折射率等结构参数,实验验证了结构参数的改变对反射特性的影响。所设计的两种结构的光子晶体品质因子甚至超过105,这一窄带滤波特性可以理想地用于设计分光元件。4.研究了金纳米阵列结构的光子晶体传输特性与调控理论,设计了金纳米线二聚体阵列、金纳米棒三聚体阵列、金属/电介质复合结构等多种结构的光子晶体,深入研究了光在金属和电介质结构中的传输机理。分别研究了透射谱随结构参数的变化情况,分析了引起这些变化的基本原理。这种复杂的光子晶体结构可以产生非常多样的光传输特性,该研究可以为新型光谱传感器的设计提供理论指导。5.提出了一种基于光子晶体滤光和压缩感知理论的光谱感测方法,在很小的设备尺寸、较低的采样次数的情况下实现了较高分辨率的光谱感知。分析了光子晶体结构设计、入射角的改变对光谱感知性能的影响,分别采用窄带光谱、光谱数据库、和真实医药高光谱图像进行实验验证,证明了利用光子晶体的光学响应曲线作为压缩感知中的感知矩阵,不仅加了光通量,并且大大减少了采样次数,实现了精确的光谱重建结果。6.提出一种光谱维边缘保持滤波的高光谱图像分类方法,对普通的边缘保持滤波算法进行改进,设计了一种光谱域边缘保持滤波算法。将边缘保持滤波器应用于高光谱图像的光谱域,可以在保持光谱曲线连续性的同时有效地融合空间信息。通过调节该滤波算法的参数并结合SVM,MLR和RF分类器进行实验,分析了滤波器窗口大小、空间光谱权重等参数对分类结果的影响,采用多个真实的高光谱图像进行了实验测试,结果表明,所提出的方法在滤除光谱噪声信息的同时融合了空间信息,在所有测试中都得到了最优的分类精度。本文提出了采用光子晶体滤波阵列的高光谱成像方案和高光谱图像分类方法,设计了小型便携式高光谱成像系统,研究了几种类型的光子晶体的光学传输特性和调控机理,提出了利用光子晶体滤波和压缩感知理论的高光谱图像重建方法,并设计了高光谱图像分类算法。实现了高光谱相机的小型化和快照式成像,配合高光谱图像分类算法,可促进了高光谱视觉检测技术在视觉检测领域的进一步应用。
李甜[3]（2020）在《折纸启发的磁驱超材料机器人》文中认为近年来,由折纸启发的创新结构、超材料,甚至以其为灵感设计的机器人逐渐成为一种发展趋势,它主要展示了折纸元素为工程解决方案提供创新灵感的潜力以及广阔的应用前景。本文以一种基于菱形三十面体的柔性折纸花球为灵感,研究了柔性折纸花球多稳态下的超材料特性及其在机器人设计中的潜力,分析并解决了以菱形胞元为形变单元的折纸花球系列的结构设计、制备和磁驱变形,最后,以磁驱动管道机器人为应用实例,经实验验证提出了一种由折纸启发、适应变径管道的新型软体磁驱管道机器人。全文的主要内容如下:首先,利用基于单元、模块化的Snapology折纸法,对基于菱形三十面体的折纸花球进行结构分析,研究花球模型的基础构件及其模块化构建;运用欧拉定理分析以菱形胞元为单位的菱形多面体的几何拓扑,推论得知适用于可重构设计的多款菱形多面体:分别是菱形六面体、菱形十二面体及菱形三十面体;将高度灵活的菱形胞元视为一个变形单元,探究了基于菱形多面体系列的折纸花球的变形机理及多稳态,可变形态、体积和结构刚度的超材料特性。其次,通过对折纸花球系列的结构设计和厚纸板理论,完成对基础构件结构的几何设计:将折痕视为有一定长度、厚度的弹性铰链,将铰链连接的两个折面视为刚性面板;铰链的长度l设计遵循可折叠性和几何兼容性原则,铰链的厚度考虑对构件折叠刚度和折叠效果的影响;应用三维绘图软件Solid Works完成基础构件的参数化建模,用Repetier-Host软件对3D打印模型的配置参数进行试验验证,确定打印模型的最优结构和参数,完成了对花球模型的设计和制备。最后,运用注塑成型制备工艺,制备磁驱材料磁活性弹性体;利用ANSYS有限元仿真软件对菱形单胞结构的磁体部署方案进行分析,根据结构变形设计要求合理选择磁体部署方案,为后期实现磁驱机器人的完整设计提供理论依据;依据花球结构作为机器人结构本体,磁活性弹性体与小型永磁体配合部署充当局部驱动器的设计思路,完成机器人的整体组装成型;通过设计变径管道实验,以磁驱动管道机器人为应用实例对整体方案可行性进行试验验证。
魏巍[4]（2020）在《一种驱动轮转向可控的管道机器人的设计与研究》文中研究指明管道输送作为一种经济有效的介质输送方式,被广泛地应用在农业、工业等领域。由于自身缺陷以及在工作中受到压力、腐蚀等外部环境的影响,会不可避免地发生损坏、泄露等问题。为了延长管道的使用寿命,保障管道运输的安全,就需要对管道进行定期的检修。而现有的管道检修机器人大多考虑的是通过平面型管道（管道轴线在一个平面内）,而3D立体型管道（管道轴线不在一个平面内）具有复杂的内部连通结构,对管道检修机器人提出了更高的通过性和环境适应性,在管道机器人领域具有挑战性。本文结合电网GIS罐体的技术要求,设计与开发一种具有良好的3D管道通过性和环境自适应性的管道机器人,主要研究内容如下:（1）基于管道检测的要求和3D立体型管道的环境,提出一种驱动轮转向可控制的管道机器人的总体设计方案和设计目标。（2）完成管道机器人变径机构、驱动轮转向机构、驱动轮机构、从动轮等机构的设计。通过分析几种常见变径机构的特点,选用曲柄滑块+平行四连杆机构作为本机器人的变径方式;通过对变径机构的力学分析,来选择合适的驱动电机和预紧弹簧;并对机器人关键零部件进行有限元分析,校核其强度来验证零部件结构设计的合理性。（3）分析管道机器人在L型、T型弯道处的尺寸约束以及通过方式,确定机器人在通过不同弯管时的轨迹方程和速度;提出机器人通过3D立体型管道的方法,主要是通过驱动轮调整转向,使机器人整个可以绕管道轴线旋转一定的角度,始终保持机器人的两个驱动轮与管壁接触,提供稳定的驱动力,使机器人转弯。（4）创建管道机器人虚拟仿真环境,并进行弯管通过性、姿态调整和避障的仿真。（5）制作机器人样机,搭建试验平台,进行管道通过性、姿态调整与避障、最大牵引力等试验。通过对试验数据的分析,来检验机器人的性能,并提出改善方案。
罗碧璇[5]（2020）在《用于软镜手术的光纤力传感器设计及其信号分析方法研究》文中进行了进一步梳理输尿管软镜激光碎石术是近年来治疗泌尿系统结石的一种有效方法。当前市场上的软镜缺乏末端力感知,手术过程中会面临软镜突进引发的穿孔等风险。因此,设计一款应用于输尿管软镜的力传感器,实现软镜末端作用力信号测量,对保障软镜手术的安全具有重要意义。由于软镜末端空间上的限制,设计一款符合尺寸要求、精度要求的微型力传感器具有很大的挑战性。同时,利用突变的力信号分析软镜操作过程中的接触信息是保障手术安全的关键。本文完成的主要的工作内容如下:首先,进行了传感结构的设计及仿真分析。设计了一类新的镂空调制结构,实现压力增敏作用,采用两个串接的光纤光栅,实现力传感器的温度补偿,同时它在结构上易于与输尿管软镜集成。利用有限元仿真法对传感结构进行受力分析,所设计的传感器在精度和受力范围方面达到设定的要求。其次,进行了力传感器的封装及标定。根据仿真分析结果确定了粘胶的位置,指导完成传感器的封装。为了克服传统平台标定数据数量有限的问题,搭建了一个新的力标定平台。利用获得的标定数据,建立轴向力的解调模型,并通过实验对传感器性能进行分析。所设计的传感器分辨率能达到0.01N,精度为0.27N,迟滞性与重复性良好。接着,提出了一个传感器的温度补偿方案。由于尺寸的限制,少有微型传感器会采用硬件的方式实现温度补偿,一般需要对传感器进行温度标定实验以消除交叉敏感。这里,结合模型与硬件补偿,提出了一个新的温度补偿方案,它不需要进行温度标定实验,因而避免了实验的复杂过程。仅需力标定即可得到温度补偿后的力解调模型。根据解调力与实测力的误差,证明该方案能有效地实现温度补偿。最后,提出了一个传感器力信号的分析方法。手术过程中输尿管软镜历经人体泌尿系统的各种组织器官,末端获得的力信号是包含各种突变的、不随时间变化的非稳定信号。为此,提出了一种基于希尔伯特黄变换（Hilbert-Huang Transform,简称HHT）的信号分析方法,先对原始信号进行经验模态分解,再对其本征模态分量求瞬时幅值,通过幅值极大值点产生的位置判断力信号产生突变的时刻。
翟广庆[6]（2020）在《流体驱动的混合适应型管道机器人设计与分析》文中研究表明随着城市需求和工业发展,管道已经成为不可替代的运输工具,管道使用的特殊性,使其很容易受内部流体和外部环境的影响,逐渐老化、腐蚀甚至损坏。管道机器人作为可以在管内行走的检测设备载体,使其在维护检修管道工程中取得不可替代的作用。现有资料的管道机器人都有一定的缺点,比如无法满足长距离管道运动的能量供给问题,机器人对管道内径改变不能充分应对问题等。通过调研前人的研究进行总结,对比现有各类管道机器人的运动特点,结合本课题机器人所针对的长距离输水管道特殊工况,确定了所研究管道机器人采用管内流体驱动的运动方式,并对流体驱动的两种不同能量转换结构进行讨论,确定伞式流体能量转换机构作为机器人接收流体能量单元。以伞式流体能量转换机构为基础,对机器人机械结构进行设计,主要包含混合适应变径机构,运动计程机构,姿态调节机构。分析计算各个功能单元,确定各部分构型方案及管道机器人整体结构并完成了机器人的三维模型的建立。为使机器人能在管道内流体驱动下行进工作,分析长距离输送管道内的流体力学特点,讨论了流体作为机器人动力源的条件要求,建立了管道机器人在管内几种典型状态的运动力学方程。针对机器人在管内运动通过蝶阀障碍需要姿态调整的工况,通过分析得出其姿态调整过程的动力学方程。讨论管道机器人在管内正常运动时所受其他阻力,分析各阻力主要影响因素。根据机器人工作环境的特点,提出满足要求的总体控制系统方案并对其所需的控制硬件进行选型设计。为使管道机器人具有根据管道内径变化情况进行主动变径自适应能力,提出基于预设速度的主动变径控制。为实现机器人对管内蝶阀的通过性,提出基于视觉感知的主动调姿控制。为验证所设计机器人在一定弯曲角度的管道通过的流畅性,将简化后的机器人装配体及管道模型导入ADAMS中进行仿真分析,确定了在400mm内径90和60弯曲管道通过的流畅性。在FLUENT中进行机器人水平管道运动的流固耦合仿真分析,得出管内流体在伞式流体驱动管道机器人运动时流场特性变化,验证了水平管道内流体对机器人产生的运动和力学影响及伞式流体驱动管道机器人在管内运动的可行性。
王珏[7]（2020）在《基于磁耦合共振的无线多驱动控制研究》文中指出目前,机器人正面向小型化与轻量化发展,尤其是软体机器人和特种机器人,此类机器人因其应用环境的特殊性,对体积与重量有着较为苛刻的要求。目前大部分的软体与特种机器人均采用有线供电的方式,即使不采用有线供电,其附加的电池会增加其体积与重量,并且这类机器人往往存在需要同时控制的多个驱动器,内部的控制电路占据大量空间。因此,本文根据磁耦合共振的无线能量传输特性与频率选择特性,提出了一种无线能量传输与控制同时实施的单输入多输出机器人控制系统。首先,本文基于双线圈模型建立了磁耦合共振无线能量传输的负载功率与传输效率估算模型,并基于粒子群算法提出了电路参数优化方法;提出基于磁耦合共振的单输入多输出控制架构,利用离散化的复合信号,实现了单输入多输出的控制,并基于离散化的复合信号实现了电机位置环与速度环的双环闭环控制;该系统首先在柔性铰链并联机器人上得到了初步验证,最终应用在基于形状记忆合金驱动的多自由度管路取样机器人上。论文的主要研究内容如下:（1）磁耦合共振无限能量传输理论建模基于磁耦合共振原理,利用双线圈模型,基于机器人应用条件,建立精确的线圈自感与互感模型,提出了负载功率与传输效率的估算模型;利用Matlab/Simulink建立了基于E类双MOS管型逆变电路和互感等效电路的仿真电路模型。经过仿真模型与理论模型的对比,证明了估算模型的正确性,确保其可以为机器人的结构设计提供理论依据;根据估算模型和实际设计需求,提炼出了5项待优化参数,并根据实际应用背景的不同分成了三种优化方式,利用粒子群算法对电路参数实现了优化选择。（2）单输入多输出控制方法研究及验证针对机器人系统中多个驱动器并行控制时线缆过于繁琐的问题,利用LC线圈本身的带通效应,提出基于频率选择特性的单输入多输出控制系统;该控制系统可以实现无线能量传输与控制同时进行,并且通过输入一个复合信合可以控制多个驱动;在此基础上,利用离散化的复合信号,实现了电机位置环与速度环的双环闭环控制,并设计了一个基于柔性铰链的Delta机器人来对控制系统进行性能验证;为了能精确控制其运动,对柔性铰链的Delta机器人进行了精确的运动学分析,并在测量其运动时,基于卡尔曼滤波和双指数滤波提出了标记点预测算法,大幅减少了数据处理的工作量。（3）多自由度管路取样机器人系统搭建及实验验证设计了一种具有四个驱动的小型管路取样机器人,并基于折纸结构设计了一种抓钳用于取样操作;该机器人利用前文提出的控制系统进行驱动与控制,结构上实现了尽可能地轻量化与小型化,功能上实现了上下左右四个方位的抓取动作;所有驱动均采用形状记忆合金驱动,并根据形状记忆合金电流热驱动模型对其进行精确选型;在实验时,利用Opti Track对其运动进行捕捉,其结果证明了控制系统与机器人结构的可行性。
袁飞[8]（2020）在《埋地管道泄漏自行式应急封堵装置设计及研究》文中认为随着流体介质能源的大规模管道输送及城市水气管网的铺设,管道运输越来越成为保障国民生产生活中的重要一环。城市管道运输多采用埋地形式,发生泄漏时作业空间狭小,难以及时封堵,因此,研发一种埋地管道泄漏自行式应急封堵装置对破损管道进行及时快速的处理处置非常重要。本文针对此类工况,设计了一款多体分布式应急封堵装置,该装置主体由两套对等的管道封堵器采用电磁铁模块连接而成。管道封堵器主要由牵引机器人、控制单元及封堵修复单元组成,各单元之间采用平行联轴器连接。牵引机器人采用电机驱动螺旋行走的驱动形式,变径系统采用弹簧伸缩式,封堵方式采用波纹气囊膨胀式。该装置各单元相对独立,可有效执行多种管道泄漏工况下的封堵修复作业。对整套装置进行弯管通过性分析,分别得出单体及多体弯管通过性参数方程,为多体分布式结构设计提供了理论基础。采用坐标转换方法对牵引机器人在直管及弯管中的运行机理进行分析,推导出螺旋驱动牵引机器人两种工况下的行走方程。得出牵引机器人在直管中行走时,行走速度只与电机转速及驱动轮偏转角有关,其速度与电机转速成正比,与驱动轮偏转角度正切值呈正比关系;牵引机器人在弯管中运行时,驱动轮在管道外侧时速度较大,管道内侧速度较小,各轮运行速度呈周期性变化。因此,牵引机器人过弯时,各轮需要实时调节偏转角度以适应速度变化。推导得出牵引力方程和越障方程,得出机器人在运行过程中,牵引力与驱动轮偏转角度的正弦值呈负相关,当系统爬坡或加大负载时可通过减小驱动轮角度增大牵引力;在越障过程中,可通过减小驱动轮偏转角度或降低电机主轴转速来提高越障能力。在对封堵气囊的研究过程中,对现有的气囊进行优化,设计出波纹气囊对泄漏管道进行紧急封堵,提高了气囊封堵的稳定性。在ADAMS软件中建立牵引机器人模型,对其牵引力、运行速度、越障稳定性、越障高度及弯管通过性进行仿真分析,验证理论计算的合理性。对封堵气囊接触面应力分布及修复气囊应变情况进行ANSYS仿真分析,验证了优化结构的合理性。最后,建立装置样机对驱动力、运行速度、运行稳定性、越障能力及弯管通过性进行实验验证,结果显示理论计算与仿真结果基本一致,实验样机达到设计要求。本文所设计研究的埋地管道泄漏自行式应急封堵装置将对该领域的设备研发提供重要的设计参考与理论依据。
张东东[9]（2020）在《垂直发射井筒筒间状态监测管道机器人设计及控制系统研究》文中研究说明发射井筒筒间操作空间狭小,监测和维护筒间管道的难度较大。为客观掌握筒间管道的内部状态,保障模拟发射井筒弹射实验安全,本文在装备预研教育部联合基金“水下导弹垂直发射筒盖系统智能控制与故障诊断关键技术”的支持下,研制了一种垂直发射井筒筒间状态监测管道机器人控制系统。主要用来在空间狭小的管道内完成状态监测、视频回传、实时诊断任务;对回传视频进行离线检测,进一步统计管道内部的裂纹损伤。首先,设计管道机器人机械结构,分析管道机器人机械单元工作原理、力学特性及驱动性能;建立管道机器人三维模型,进行管道机器人运动分析与仿真,对机器人的关键部件进行了有限元分析,初步验证可靠性,对机器人样机进行运动仿真,验证机器人机械结构的有效性。其次,根据控制系统的功能需求确定系统的总体方案,阐述系统工作原理,按照功能对控制系统进行硬件设计。搭建工控主板模块,装载管道机器人系统的上位机系统,用于发送控制指令、实时显示并储存回传的视频数据;搭建完成电源管理模块,实现显控平台的充放电功能;确定系统硬件接口的具体连接方式;对集成控制器的电源电路、启动模式接口电路、指示灯电路及驱动电机调速电路进行设计开发。结合控制系统硬件,以C语言为主要编程语言,设计控制系统软件部分的视频模块和电机控制模块,包括视频采集初始化以及视频采集的具体流程,集成控制器的通讯过程、传输协议与接口配置;以C#为主要编程语言,设计了上位机界面,介绍了上位机界面组成和系统操作流程。然后,为提高管道机器人控制系统识别裂纹和损伤的能力,缓解YOLO v3（You Only Look Once）对管道中细小裂纹损伤检测效果不理想的问题,对算法进行两处改进:针对预测边界框的预测准确性,采用GIoU（general intersection over union）的边界框评判方式,将GIoU损失结合进YOLO v3目标检测器;针对特征图缩小次数过多引起的浅表特征信息损失过多的问题,在浅层网络上增加辅助网络,直接将浅层的特征信息传输给到对应尺度的YOLO检测层,增强了YOLO检测层对裂纹纹理、特征、颜色等表面特征的识别能力;随后制作管道裂纹数据集、搭建网络结构、训练网络模型,并引入准确率、错检率和漏检率来评估网络模型的性能。最后,在系统搭建完成后,通过对管道机器人控制系统的运动控制进行实验研究,测试管道机器人样机在垂直变径管道中的行走性能,进行运动控制实验,验证管道机器人机械结构合理性与控制系统的实用性;进行管道裂纹识别实验研究,通过识别手持式显控平台返回的管道内视频信息,对比算法改进前后网络模型对管道裂纹数据集的识别效果,验证算法改进后对与识别管道裂纹的有效性。实验结果表明,该系统能够满足基本功能要求。
张驰[10]（2020）在《微小弯管内磁性小球外磁场驱动与控制系统研究》文中进行了进一步梳理随着电工电子技术和控制技术的发展,磁悬浮系统的控制精度和抗干扰能力都得到很大的提升,国内外专家学者将磁悬浮技术应用在各种领域上,例如磁悬浮轴承、磁悬浮列车、磁悬浮电机、磁悬浮天平等。本文以国家自然科学基金项目为依托,基于工业领域微小弯管内部质量检测和医疗领域人体管腔通道疾病诊疗的迫切需求,针对现有外磁场管道驱动技术的不足和缺陷,利用磁悬浮技术实现被控悬浮对象在电磁驱动器轴线方向上的单维度悬浮运动控制,并由此提出了微小弯管内磁性小球外磁场驱动与控制系统研究,在电磁驱动器磁场的控制下,对一个直径Φ12.7 mm的球型永磁体进行测试试验。本文的主要研究成果及结论如下:根据物质电结构学说,分析了球型永磁体磁化中心轴线上的磁感应强度变化规律;根据电动力学,从非均匀磁场作用在磁偶极矩上的力出发,建立了由空心螺线管和球型永磁体组成的磁悬浮球系统的电磁力模型,推导了系统电磁作用力方程。利用ANSYS Maxwell有限元仿真软件,建立了被控悬浮对象和电磁驱动器的物理模型,通过仿真验证了理论计算结果的准确性和可靠性。理论分析和ANSYS Maxwell有限元仿真结果表明,由空心螺线管和球型永磁体组成的磁悬浮球系统的电磁力与励磁电流成正比,电磁力与悬浮间隙之间是强非线性关系,随着间隙增大,电磁力减小,且电磁力与悬浮间隙的关系式比较复杂。为了方便后续研究,利用经验表达式将电磁力方程进行了简化。搭建了一套试验系统软硬件平台,磁性小球悬浮系统采用了一种新型的基于双线性霍尔传感器结构的磁悬浮球系统,有效增大了系统的工作范围。基于简化后的电磁力方程构建了磁性小球悬浮系统的数学模型,根据系统模型的特性,设计了数字PID控制器和单神经元自适应PID控制器,并在MATLAB/Simulink环境中搭建了磁性小球悬浮系统控制模型,通过参数整定和仿真确定合理的控制器参数。将整定得到的控制器参数用于试验,研究磁性小球单维度悬浮控制系统的动静态特性。试验发现,基于双线性霍尔传感器结构的磁性小球PID悬浮控制系统,被控悬浮对象的位置控制精度为±0.02 mm;采用步进式控制方法有效地实现了被控悬浮对象较长距离的单维度悬浮运动控制,且步进式控制方法能够减小被控对象阶跃响应的超调量,步长越小,阶跃响应超调量越小;同时,步进式控制方法提高了被控对象运动过程的平稳性。采用插补算法规划被控磁性小球在微小弯管内悬浮运动轨迹,插补步长设置为0.2 mm。试验时,直线滑台驱动电机转速设置为0.2 r/s,即电磁驱动器水平运动速度为1.0 mm/s,磁性小球单维度悬浮运动步长为0.2 mm,控制磁性小球按照插补规划运动路径进行运动。试验发现,通过磁悬浮技术实现了被控悬浮对象在微小弯管内部的外磁场驱动与控制,磁性小球能够按照预定轨迹实现悬浮进给运动,完成了预期试验目标。
二、微型管内机器人的发展现状与展望（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、微型管内机器人的发展现状与展望（论文提纲范文）
（1）基于两栖机器人的雨污管道自动化巡检技术研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文的研究背景与意义 |
| 1.1.1 雨污管道在现代社会中得到广泛应用 |
| 1.1.2 雨污管道机器人自动化巡检成为了研究热点 |
| 1.2 雨污管道机器人巡检相关技术的研究现状及其发展趋势 |
| 1.2.1 雨污管道巡检机器人技术的研究现状及其发展趋势 |
| 1.2.2 雨污管道检测技术的研究现状及其发展趋势 |
| 1.2.3 管道机器人自动化巡检面临的挑战及对策分析 |
| 1.3 本文研究内容及章节安排 |
| 第二章 管内复杂环境检测理论基础及雨污管道巡检技术方案 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 声呐检测理论基础 |
| 2.2.1 水介质内声波传播及声学效应 |
| 2.2.2 水下声呐成像原理及影响因素 |
| 2.3 视觉稳像处理理论基础 |
| 2.3.1 视觉成像原理 |
| 2.3.2 视觉稳像原理 |
| 2.4 基于两栖机器人的雨污管道自动化巡检技术方案 |
| 2.4.1 巡检系统的技术方案 |
| 2.4.2 亟待解决的关键技术 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 管内两栖机器人机械本体设计与运动控制技术 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 管内两栖机器人机械本体设计 |
| 3.2.1 两栖机器人的机械本体方案 |
| 3.2.2 两栖机器人的结构设计分析 |
| 3.3 管内复杂环境下两栖机器人的运动控制 |
| 3.3.1 管内复杂环境下两栖机器人的运动建模分析 |
| 3.3.2 管内复杂环境下两栖机器人的运动控制 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 管内复杂环境下巡检图像的处理技术 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 管内无水环境的视觉稳像技术 |
| 4.2.1 视频图像的特征提取及运动估计 |
| 4.2.2 视频图像的运动滤波及补偿 |
| 4.3 管内水下环境的声呐图像清晰化技术 |
| 4.3.1 声呐图像的降噪处理 |
| 4.3.2 声呐图像的对比度增强 |
| 4.4.本章小结 |
| 第五章 雨污管道两栖机器人巡检系统及实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 系统开发 |
| 5.2.1 硬件模块 |
| 5.2.2 软件模块 |
| 5.2.3 系统集成 |
| 5.3 实验研究 |
| 5.3.1 管内机器人运动控制实验 |
| 5.3.2 管内目标巡检图像处理实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的主要成果 |
（2）基于光子晶体阵列的高光谱成像机理与分类方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 机器视觉感知 |
| 1.1.2 高光谱视觉检测技术 |
| 1.1.3 高光谱视觉感知行业应用需求 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 高光谱视觉成像与检测技术 |
| 1.2.2 遥感高光谱成像设备的研究 |
| 1.2.3 小型高光谱成像系统研究现状 |
| 1.2.4 高光谱视觉检测算法研究现状 |
| 1.3 高光谱视觉检测所面临的挑战 |
| 1.4 主要研究内容与论文结构 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 章节安排 |
| 第2章 小型快照式高光谱成像系统设计 |
| 2.1 高光谱图像的特点 |
| 2.2 高光谱成像与分光技术 |
| 2.2.1 高光谱成像技术 |
| 2.2.2 高光谱成像设备分光方法 |
| 2.3 小型快照式高光谱成像系统 |
| 2.3.1 工作原理 |
| 2.3.2 系统设计方案 |
| 2.3.3 装置结构设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于光子晶体滤波的光谱感知技术 |
| 3.1 光子晶体光谱传感器 |
| 3.1.1 光子晶体结构特点 |
| 3.1.2 光子晶体光谱传感器结构 |
| 3.2 光子晶体光谱感知原理 |
| 3.2.1 光谱感知理论 |
| 3.2.2 基于光子晶体窄带滤波的光谱感知 |
| 3.2.3 基于宽带滤波和压缩感知理论的光谱感知 |
| 3.3 光谱感知实验 |
| 3.3.1 实验原理 |
| 3.3.2 实验结果与讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于周期性孔阵列的光子晶体传输特性及调控 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 理论方法 |
| 4.2.1 时域有限差分方法 |
| 4.2.2 耦合模理论方法 |
| 4.2.3 模拟仿真软件 |
| 4.3 具有环形孔阵列的光子晶体板的BICs特性与调控 |
| 4.3.1 结构模型 |
| 4.3.2 结果与讨论 |
| 4.4 具有双周期矩形孔阵列的光子晶体板的BICs特性与调控 |
| 4.4.1 结构模型 |
| 4.4.2 结果与讨论 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于金纳米阵列的光子晶体光传输特性及调控 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 理论方法 |
| 5.3 金纳米线二聚体阵列结构的光传输特性 |
| 5.3.1 结构模型 |
| 5.3.2 结果与讨论 |
| 5.4 金纳米棒三聚体阵列结构的光传输特性 |
| 5.4.1 结构模型 |
| 5.4.2 结果与讨论 |
| 5.5 金属/电介质复合阵列结构的光传输特性 |
| 5.5.1 结构模型 |
| 5.5.2 结果与讨论 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 基于光子晶体滤波和压缩感知理论的高光谱图像重建 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 基于压缩感知理论的光谱采样方法 |
| 6.2.1 光子晶体结构设计 |
| 6.2.2 压缩感知理论 |
| 6.2.3 算法性能分析 |
| 6.3 光谱重建实验方案 |
| 6.4 实验结果与讨论 |
| 6.4.1 窄带光谱重建实验 |
| 6.4.2 真实光谱重建实验 |
| 6.4.3 高光谱图像重建实验 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 基于光谱维边缘保持滤波的高光谱图像分类 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 光谱维边缘保持滤波器 |
| 7.2.1 联合双边带滤波器 |
| 7.2.2 光谱维联合双边带滤波器 |
| 7.2.3 引导图像 |
| 7.3 高光谱图像分类实验方案 |
| 7.3.1 问题描述 |
| 7.3.2 实验方案 |
| 7.4 高光谱图像分类结果与讨论 |
| 7.4.1 参数分析 |
| 7.4.2 实验结果比较 |
| 7.4.3 真实高光谱图像分类实验 |
| 7.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 1 主要工作及创新 |
| 2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A 攻读博士学位期间发表论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
（3）折纸启发的磁驱超材料机器人（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 软体机器人的发展概述 |
| 1.3 折纸启发的机械超材料 |
| 1.3.1 折纸和折纸工程 |
| 1.3.2 折纸型机械超材料 |
| 1.4 折纸机器人的国内外现状 |
| 1.5 研究的主要内容 |
| 第二章 折纸花球的超材料特性研究与分析 |
| 2.1 折纸花球模型的结构设计 |
| 2.1.1 折纸花球模型的研究 |
| 2.1.2 折纸花球模型的几何拓扑分析 |
| 2.2 折纸花球超材料模型的多稳态分析 |
| 2.2.1 折纸花球模型的变形机理 |
| 2.2.2 菱形单位胞元的特性分析 |
| 2.2.3 折纸花球结构的多稳态结构 |
| 2.3 折纸花球多稳态结构的能量分析 |
| 2.3.1 单条折痕的能量分析 |
| 2.3.2 各稳态结构的能量分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于折纸花球超材料机器人的制备 |
| 3.1 折纸模型到可打印模型的过渡设计 |
| 3.1.1 厚板折纸理论 |
| 3.1.2 零厚度纸质模型到厚板可打印模型的过渡 |
| 3.1.3 可打印折纸花球模型构件的结构设计 |
| 3.2 3D打印制备折纸花球机器人样机 |
| 3.2.1 3D打印 |
| 3.2.2 填充密度对构件打印成型效果的影响 |
| 3.2.3 基于菱形多面体的折纸花球系列的模型制备 |
| 3.3 磁活性弹性体的制备 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 折纸型超材料管道机器人的磁驱实验 |
| 4.1 钕铁硼永磁体材料 |
| 4.2 菱形胞元结构的有限元仿真和磁驱实验 |
| 4.2.1 菱形胞元结构的有限元模型 |
| 4.2.2 菱形胞元结构的仿真结果后处理 |
| 4.2.3 菱形胞元结构的磁驱实验 |
| 4.3 基于折纸花球启发管道机器人的磁驱实验 |
| 4.3.1 引言 |
| 4.3.2 折纸型超材料机器人的磁驱伸缩实验 |
| 4.3.3 折纸型超材料磁驱机器人的蠕动运动机理 |
| 4.3.4 折纸型超材料磁驱机器人的变径组合管道实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间的研究成果 |
| 致谢 |
（4）一种驱动轮转向可控的管道机器人的设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 管道机器人的关键技术 |
| 1.4 课题的目的及研究意义 |
| 1.5 本文研究的主要内容 |
| 第2章 管道机器人的结构设计 |
| 2.1 管道机器人的功能与设计要求 |
| 2.2 管道机器人的总体设计方案 |
| 2.3 变径机构的设计与分析 |
| 2.3.1 变径机构的选择 |
| 2.3.2 变径机构的结构设计 |
| 2.3.3 预紧弹簧刚度的选择 |
| 2.4 驱动轮转向机构的设计 |
| 2.5 驱动轮机构的设计 |
| 2.5.1 驱动轮机构的组成和工作原理 |
| 2.5.2 驱动轮电机的选型 |
| 2.6 从动轮机构的设计 |
| 2.7 关键零部件的有限元分析 |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 管道机器人的运动特性分析 |
| 3.1 管道机器人在弯管内的尺寸约束条件 |
| 3.1.1 管道机器人在L型弯管内的尺寸约束条件 |
| 3.1.2 管道机器人在T型弯管内的尺寸约束条件 |
| 3.2 管道机器人通过L型弯管的运动特性研究 |
| 3.2.1 管道机器人在L型弯管内转弯的过程 |
| 3.2.2 管道机器人在L型弯管内的运动学分析 |
| 3.3 管道机器人通过T型弯管的运动特性研究 |
| 3.3.1 管道机器人在T型弯管内转弯的过程 |
| 3.3.2 管道机器人在T型弯管内的运动学分析 |
| 3.4 管道机器人通过3D立体型管道的运动过程研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于虚拟样机技术的管道机器人仿真研究 |
| 4.1 管道机器人虚拟样机的构建 |
| 4.1.1 基于Solid Works的管道机器人三维建模 |
| 4.1.2 ADAMS仿真模型的创建及相关参数的设定 |
| 4.2 管道机器人变径机构的仿真 |
| 4.3 管道机器人进行姿态调整的运动仿真 |
| 4.4 管道机器人通过L型管道的运动仿真 |
| 4.5 管道机器人通过T型管道的运动仿真 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 管道机器人的试验研究 |
| 5.1 管道机器人试验平台的搭建 |
| 5.2 管道机器人的管道通过性试验 |
| 5.3 管道机器人的姿态调整与避障试验 |
| 5.4 管道机器人的牵引力测试 |
| 5.5 管道机器人的性能分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 总结 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文 |
| 致谢 |
（5）用于软镜手术的光纤力传感器设计及其信号分析方法研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 序言 |
| 1 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 微型力传感器的研究现状 |
| 1.2.2 光纤光栅传感器研究现状 |
| 1.2.3 温度补偿的研究现状 |
| 1.2.4 非平稳信号分析的研究现状 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 1.4 论文章节结构 |
| 1.5 本章小结 |
| 2 单轴力传感器设计及仿真分析 |
| 2.1 光纤光栅力传感原理 |
| 2.1.1 光纤光栅传感原理 |
| 2.1.2 光纤光栅传感的温度影响 |
| 2.2 光纤光栅力传感器设计 |
| 2.2.1 力调制方式 |
| 2.2.2 压力增敏 |
| 2.2.3 传感器结构设计 |
| 2.3 力传感器受力仿真分析 |
| 2.3.1 有限元仿真分析 |
| 2.3.2 受力应变分析 |
| 2.3.3 测力范围分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 光纤光栅力传感器性能分析 |
| 3.1 传感器的封装 |
| 3.2 力传感器的标定 |
| 3.2.1 标定数据处理 |
| 3.2.2 力解调模型 |
| 3.3 传感器的性能分析 |
| 3.3.1 传感器的迟滞性 |
| 3.3.2 传感器的重复性 |
| 3.4 动态信号解调能力分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 光纤光栅力传感器温度补偿 |
| 4.1 温度补偿原理 |
| 4.2 解调模型验证 |
| 4.3 温度补偿优化 |
| 4.4 优化后的解调模型验证 |
| 4.4.1 优化后的力解调模型 |
| 4.4.2 效果分析 |
| 4.4.3 误差评价 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 软镜末端力信号分析 |
| 5.1 非平稳信号分析 |
| 5.1.1 非平稳信号分析方法 |
| 5.1.2 HHT基本理论 |
| 5.2 软镜末端受力分析 |
| 5.3 实验力信号的分析 |
| 5.3.1 力信号去噪 |
| 5.3.2 力信号HHT时频分析 |
| 5.3.3 力信号突变特征分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（6）流体驱动的混合适应型管道机器人设计与分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 管道机器人研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 研究内容 |
| 第2章 混合适应型管道机器人总体方案及结构设计 |
| 2.1 管道机器人设计任务分析 |
| 2.2 机器人总体方案 |
| 2.2.1 机器人的长度参数设计约束 |
| 2.2.2 机器人中间舱体直径参数设计约束 |
| 2.3 伞式流体能量转换机构设计 |
| 2.3.1 设计思想与机构原理 |
| 2.3.2 伞面材料选择 |
| 2.4 运动计程机构设计 |
| 2.4.1 运动计程机构方案 |
| 2.4.2 运动计程传感器 |
| 2.4.3 计程机构受力分析 |
| 2.4.4 丝杠电机密封设计 |
| 2.5 调姿机构设计 |
| 2.6 整体结构设计 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 混合适应型管道机器人动力学建模及分析 |
| 3.1 管道机器人流体力学建模 |
| 3.1.1 长输送管道内流体驱动条件分析 |
| 3.1.2 机器人直管内运动力学方程 |
| 3.1.3 机器人水平弯管内运动力学方程 |
| 3.1.4 机器人管内其他运动 |
| 3.2 调姿状态动力学建模 |
| 3.3 机器人运动阻力分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 混合适应型管道机器人控制系统设计 |
| 4.1 控制系统设计要求 |
| 4.2 控制系统总体方案及硬件选型 |
| 4.2.1 控制系统总体方案 |
| 4.2.2 控制系统硬件选型 |
| 4.3 主动变径机构适应性调节控制 |
| 4.3.1 基于预设速度的变径控制 |
| 4.3.2 变径机构驱动的控制 |
| 4.4 基于视觉感知的主动调姿过阀控制 |
| 4.4.1 基于BP神经网络的图像反馈控制 |
| 4.4.2 尾部姿态调整电机的控制 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 混合适应型管道机器人的管内运动仿真 |
| 5.1 机器人三维模型简化 |
| 5.2 机器人弯管通过性的ADAMS仿真分析 |
| 5.3 机器人水平管内运动的流固耦合分析 |
| 5.3.1 流固耦合仿真前准备 |
| 5.3.2 机器人管内流场特性分析 |
| 5.3.3 机器人受力及速度仿真结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（7）基于磁耦合共振的无线多驱动控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 磁耦合共振无线能量传输 |
| 1.2.2 单输入多输出控制方法 |
| 1.2.3 无线驱动机器人 |
| 1.3 本文的研究目标 |
| 1.4 本文的研究内容 |
| 第二章 基于磁耦合共振的无线能量传输理论建模 |
| 2.1 基于磁耦合共振的WPT理论模型 |
| 2.1.1 负载功率与传输效率计算模型 |
| 2.1.2 理论模型仿真验证 |
| 2.2 基于粒子群算法的磁耦合共振电路参数优化 |
| 2.2.1 磁耦合共振电路参数分析 |
| 2.2.2 粒子群算法优化原理 |
| 2.2.3 参数优化方法及结果 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 单输入多输出控制方法研究及验证 |
| 3.1 单输入多输出控制实现原理 |
| 3.1.1 单输入多输出控制系统基本架构 |
| 3.1.2 单输入多输出控制系统信号输入 |
| 3.2 基于单输入多输出的准伺服控制方法 |
| 3.3 磁耦合共振单输入多输出控制在柔性铰链并联机器人上的验证 |
| 3.3.1 柔性铰链并联机器人电路参数 |
| 3.3.2 柔性铰链并联机器人系统搭建 |
| 3.3.3 基于标记点预测跟踪算法的测试方法 |
| 3.3.4 实验结果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 多自由度管路取样机器人系统搭建及实验验证 |
| 4.1 多自由度管路取样机器人结构设计 |
| 4.1.1 多自由度运动设计 |
| 4.1.2 基于折纸结构的抓钳设计 |
| 4.2 形状记忆合金驱动器 |
| 4.2.1 形状记忆合金本构模型 |
| 4.2.2 形状记忆合金电流加热升温模型 |
| 4.2.3 形状记忆合金选型 |
| 4.3 实验系统设计与布局 |
| 4.3.1 信号发射与控制系统 |
| 4.3.2 机器人系统 |
| 4.3.3 测量系统 |
| 4.4 机器人运动实验 |
| 4.4.1 形状记忆合金弹簧驱动效果验证 |
| 4.4.2 机器人运动实验设计 |
| 4.4.3 机器人运动实验结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 |
| 攻读硕士学位期间申请的专利 |
（8）埋地管道泄漏自行式应急封堵装置设计及研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 课题目的及意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 管道机器人研究现状 |
| 1.3.2 封堵技术国内外研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 2 埋地管道泄漏自行式应急封堵装置整体结构设计 |
| 2.1 装置特点与技术指标 |
| 2.2 埋地管道泄漏自行式应急封堵装置设计选型 |
| 2.2.1 牵引机器人驱动方式选型 |
| 2.2.2 牵引机器人驱动源选择 |
| 2.2.3 牵引机器人驱动系统供电方式选择 |
| 2.2.4 牵引机器人管道自适应方式选择 |
| 2.2.5 封堵单元封堵方式选择 |
| 2.2.6 连接单元选择 |
| 2.3 埋地管道泄漏自行式应急封堵装置整体方案设计 |
| 2.3.1 牵引机器人设计 |
| 2.3.2 封堵修复单元设计 |
| 2.3.3 控制单元结构设计 |
| 2.3.4 平行联轴器结构设计 |
| 2.3.5 封堵修复模式设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 埋地管道泄漏自行式应急封堵装置管内运动分析 |
| 3.1 应急封堵装置弯管通过性分析 |
| 3.1.1 单体弯管通过性分析 |
| 3.1.2 双体弯管通过性分析 |
| 3.2 应急封堵装置牵引力与越障能力分析 |
| 3.2.1 应急封堵装置牵引力分析 |
| 3.2.2 应急封堵装置越障能力分析 |
| 3.3 牵引机器人运动机理研究 |
| 3.3.1 牵引机器人直管运动机理研究 |
| 3.3.2 牵引机器人弯管运动机理研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 埋地管道泄漏自行式应急封堵装置仿真分析 |
| 4.1 牵引机器人ADAMS运动学仿真 |
| 4.1.1 应急封堵装置仿真模型建立 |
| 4.1.2 牵引机器人直管运行速度仿真分析 |
| 4.1.3 牵引机器人直管运行牵引力仿真分析 |
| 4.1.4 牵引机器人越障稳定性仿真分析 |
| 4.1.5 牵引机器人最大越障高度仿真分析 |
| 4.1.6 牵引机器人弯管通过性仿真分析 |
| 4.2 封堵修复气囊ANSYS仿真 |
| 4.2.1 传统修复结构接触应力分析 |
| 4.2.2 优化设计修复结构接触应力分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 埋地管道泄漏自行式应急封堵装置实验验证 |
| 5.1 试验样机系统平台搭建 |
| 5.2 试验样机性能测试 |
| 5.2.1 试验样机直管运行速度测试 |
| 5.2.2 试验样机驱动力测试 |
| 5.2.3 试验样机弯管通过性及运行速度测试 |
| 5.2.4 试验样机越障能力测试 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（9）垂直发射井筒筒间状态监测管道机器人设计及控制系统研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 课题研究背景和意义 |
| 1.3 管道机器人国内外研究现状 |
| 1.4 课题研究内容及技术路线 |
| 1.5 本章小结 |
| 2 管道机器人结构设计与分析 |
| 2.1 管道机器人机械结构工作原理 |
| 2.2 动力机构力学特性分析 |
| 2.3 驱动单元性能分析 |
| 2.4 管道机器人运动分析与仿真 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 管道机器人控制系统分析与硬件设计 |
| 3.1 管道机器人控制系统总体设计 |
| 3.2 手持式显控平台硬件设计 |
| 3.3 集成控制器硬件设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 管道机器人控制系统软件设计 |
| 4.1 视频控制模块设计 |
| 4.2 电机控制模块设计 |
| 4.3 上位机界面设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于改进YOLOv3算法的管道裂纹识别研究 |
| 5.1 基于改进YOLOv3算法的管道裂纹识别 |
| 5.2 管道裂纹数据集制作与模型训练 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 管道机器人运动控制与管道裂纹识别实验研究 |
| 6.1 管道机器人运动控制实验研究 |
| 6.2 管道裂纹识别实验结果与数据分析 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 研究总结 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（10）微小弯管内磁性小球外磁场驱动与控制系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外发展现状 |
| 1.2.1 外磁场管道驱动技术 |
| 1.2.2 磁悬浮技术 |
| 1.3 课题研究内容 |
| 1.4 论文章节安排 |
| 第二章 磁性小球悬浮系统设计与数值计算 |
| 2.1 磁性小球单维度悬浮系统结构设计 |
| 2.1.1 常见的磁悬浮球系统结构方案 |
| 2.1.2 基于双霍尔传感器结构的磁性小球悬浮系统 |
| 2.2 位置传感器确定及标定 |
| 2.2.1 霍尔效应与线性霍尔传感器 |
| 2.2.2 球型永磁体磁化中心轴线磁场分析 |
| 2.2.3 小球位置测量分析与传感器确定 |
| 2.3 磁场与电磁力分析 |
| 2.3.1 电磁驱动器尺寸结构及参数 |
| 2.3.2 电磁驱动器磁场的数值计算 |
| 2.3.3 电磁力数值计算与分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 磁性小球外磁场驱动与控制软硬件平台 |
| 3.1 系统总体设计 |
| 3.2 试验平台硬件设计 |
| 3.2.1 机械结构设计 |
| 3.2.2 硬件电路设计与选型 |
| 3.2.3 微小弯管内磁性小球外磁场驱动与控制系统硬件平台 |
| 3.3 试验平台软件设计 |
| 3.3.1 下位机软件 |
| 3.3.2 上位机软件 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 磁性小球悬浮控制系统仿真与试验 |
| 4.1 磁性小球悬浮系统模型 |
| 4.1.1 系统数学模型 |
| 4.1.2 控制律选择 |
| 4.2 磁性小球PID悬浮控制 |
| 4.2.1 PID控制器 |
| 4.2.2 磁性小球PID悬浮控制系统模型与仿真 |
| 4.2.3 磁性小球PID悬浮控制试验 |
| 4.3 磁性小球单神经元自适应PID悬浮控制 |
| 4.3.1 单神经元自适应PID控制器 |
| 4.3.2 磁性小球单神经元自适应PID悬浮控制系统模型与仿真 |
| 4.3.3 磁性小球单神经元自适应PID悬浮控制试验 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 微小弯管内磁性小球外磁场驱动与控制试验 |
| 5.1 磁性小球单维度悬浮运动控制试验 |
| 5.1.1 步进式控制方法 |
| 5.1.2 步进式控制试验与分析 |
| 5.2 微小弯管内磁性小球运动控制试验 |
| 5.2.1 磁悬小球运动轨迹规划方法 |
| 5.2.2 沿管道运动试验与分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 课题总结 |
| 6.2 课题创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
四、微型管内机器人的发展现状与展望（论文参考文献）
- [1]基于两栖机器人的雨污管道自动化巡检技术研究[D]. 蔡兆祝. 浙江大学, 2021(02)
- [2]基于光子晶体阵列的高光谱成像机理与分类方法研究[D]. 李志坚. 湖南大学, 2020
- [3]折纸启发的磁驱超材料机器人[D]. 李甜. 北方工业大学, 2020(02)
- [4]一种驱动轮转向可控的管道机器人的设计与研究[D]. 魏巍. 广州大学, 2020(02)
- [5]用于软镜手术的光纤力传感器设计及其信号分析方法研究[D]. 罗碧璇. 北京交通大学, 2020
- [6]流体驱动的混合适应型管道机器人设计与分析[D]. 翟广庆. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [7]基于磁耦合共振的无线多驱动控制研究[D]. 王珏. 上海交通大学, 2020(01)
- [8]埋地管道泄漏自行式应急封堵装置设计及研究[D]. 袁飞. 中北大学, 2020(10)
- [9]垂直发射井筒筒间状态监测管道机器人设计及控制系统研究[D]. 张东东. 中国矿业大学, 2020(01)
- [10]微小弯管内磁性小球外磁场驱动与控制系统研究[D]. 张驰. 南京航空航天大学, 2020(07)