基于超長波的管內(nèi)移動機(jī)器人示蹤定位系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著石油化工行業(yè)的快速發(fā)展，管道作為一種經(jīng)濟(jì)、高效的長距離物料運(yùn)輸手段備受關(guān)注，其日常檢測、清理和維護(hù)也越來越受到人們的重視，因此管內(nèi)移動機(jī)器人在管道工程中發(fā)揮著日益重要的作用。示蹤定位技術(shù)是指操作人員可以對管內(nèi)移動機(jī)器人所在位置、工作狀態(tài)、管道環(huán)境等信息實(shí)施在線跟蹤判斷，提高工作效率。傳統(tǒng)示蹤定位技術(shù)采用拖纜工作方式，由于電纜與管壁間存在摩擦且信號長距離輸送不穩(wěn)定，嚴(yán)重限制了管內(nèi)移動機(jī)器人的行走距離，過去采用射線定位的方法可以解決這一

2、問題，但其較強(qiáng)的放射性會對人體與環(huán)境造成較大的傷害。因此，示蹤定位技術(shù)已經(jīng)成為管道工程領(lǐng)域亟待解決的難題。本文以國家“863”計(jì)劃智能機(jī)器人專題“基于超長波的管道機(jī)器人示蹤定位技術(shù)”項(xiàng)目為背景，利用超長波的傳播損耗小及空間磁場分布的特點(diǎn)，提出了基于超長波的管內(nèi)移動機(jī)器人示蹤定位系統(tǒng)研究方案。
　　本文首先從電磁學(xué)麥克斯韋方程組出發(fā)，分析了超長波的空間傳播特性及實(shí)際的應(yīng)用狀況。根據(jù)傳統(tǒng)天線理論設(shè)計(jì)的超長波發(fā)射天線過長，無法滿足工作需

3、求，因此本文將發(fā)射天線等效成有限長度致密螺線管，并提出了超長波的磁偶極子模型。該模型可準(zhǔn)確描繪超長波的空間磁場分布，并且計(jì)算簡單方便，因此利用其建立了基于超長波的示蹤定位系統(tǒng)模型。
　　根據(jù)示蹤定位系統(tǒng)模型，本文將超長波示蹤定位系統(tǒng)分為發(fā)射和接收兩部分進(jìn)行設(shè)計(jì)研制。發(fā)射系統(tǒng)通過超低頻信號發(fā)生器、功率放大器和發(fā)射天線產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的23Hz超長波信號，控制器利用CAN總線實(shí)現(xiàn)與其他單元的通訊功能。超長波在傳播過程中會有一定程度的衰減且