基于低頻電磁信號的管道清堵機器人定位方法研究.pdf

1、管道清堵機器人是用來清理管道的專用工具，工作中它時常會發(fā)生卡堵或跑飛現(xiàn)象，容易造成管道運輸?shù)陌踩鹿?。因此需要對管道清堵機器人進行實時跟蹤和定位，從而保證管道運輸?shù)陌踩?。本文以極低頻磁信號為通信手段，通過管內(nèi)機器人發(fā)射極低頻磁信號，管外磁電傳感器接收磁信號的方式，在前人研究的基礎上，進一步開展管道清堵機器人的定位研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴從磁矢勢出發(fā)，通過對磁矢勢的旋度求解得到一般情況下的磁場分布模型，提高了空間磁場強度計

2、算精度。在此基礎上，進一步對管內(nèi)磁發(fā)射線圈纏繞方式進行了優(yōu)化。⑵分析磁電傳感器速度、角度對輸出電壓信號的影響，推導出了傳感器理論輸出電壓方程。通過對傳感器實際輸出電壓信號和理論電壓信號進行兩信號的互相關卷積運算，建立機器人一維坐標自動化、快速定位的模型，分析兩信號相關卷積平均閾值對定位精度的影響，并進行數(shù)值實驗分析。⑶建立三維坐標定位模型，在此基礎上，通過把管道厚度、外界環(huán)境等物理量的變化等效為傳感器電壓放大倍數(shù)的變化，采用對稱陣列式磁

3、電傳感器結構，提出三維坐標自適應定位模型，避免了由外部環(huán)境變化導致定位誤差增大的問題。針對自適應三維坐標方程求解問題，通過綜合利用粒子群算法（PSO）的全局空間尋優(yōu)能力和擬牛頓算法（BFGS）的局部精細搜索能力，設計基于粒子群擬牛頓混合算法的管道機器人定位方程求解方法，并進行數(shù)值計算分析。數(shù)值實驗結果表明，采用改進后的算法，平均定位誤差在x,y,z三個方向上比單純使用PSO和BFGS分別降低了4.2cm、3.8cm、4.6cm和3.4c