[实用新型]一种基于PID控制市政管网清淤机器人位姿纠偏系统

说明书

本实用新型公开了一种基于PID控制市政管网清淤机器人位姿纠偏系统，本实用新型通过在轮式机器人上设置重力纠偏仪、编码器、PID控制器和控制单元，使重力纠偏仪监测轮式机器人行走时发生偏移产生的纠偏信号，通过PID控制器调节轮式机器人的车轮转向角度和速度，解决了目前现存机器人清淤过程中因杂物、污泥、车轮打滑等原因造成的位置偏移的问题，并且使用PID控制器驱动无刷电机对轮式机器人进行纠偏，使本实用新型的硬件简单实用，且设备量及占用空间较小，后期便于维护。

技术领域

本实用新型属于自动控制技术领域，具体是涉及一种基于PID控制市政管网清淤机器人位姿纠偏系统。

背景技术

在城市现代化的过程中，市政排水管道的重要作用逐渐为人们所认知。作为现代城市的一类基础建设，市政排水管道始终肩负着保障城市稳定发展和保障人民生命财产安全的责任。然而，城市地下管道经常会出现很多问题，比如管道堵塞、管道破裂、淤泥沉积等情况。如果这些问题没能够及时解决，一旦遇到暴雨，极有可能会引发城市积水，甚至内涝。仅2008到2010年之间，全国范围内有62％的都市爆发过内涝。由此可见，保障市政排水管道能够正常工作至关重要。

然而，随着城市的快速发展，用水量急剧增加，加之越来越多的生活垃圾，厨余垃圾和建筑垃圾混杂其中，使得本来排水量就不高的排水管道变得更加容易堵塞。排水管道中的垃圾大大地减少了管道的排放量，一旦遭遇暴雨，需要管道排放大量污水时，这些隐藏的危机就会被放大，从而造成更加严重的后果。因此如何高效安全地给市政排水管道清淤成为了一个亟待解决的问题。

目前，在全球范围内较为常见的管道清淤方式有以下几种：绞车清淤、通沟机和髙压水射流上述各类清淤方式的主要清淤对象是大管径的主干管道，而对于小管径的直线管道，其清淤效率并不是很高，同时，上述各类清淤方式，多少需要工人下井。进行前期的准备，然而，狭小的下水管道，使得工人极难正常作业，并且管道内充斥着各种有毒气体，对于工人的生命安全造成了很大的威胁，工作人员在小管径管道内时难以开展作业的。因此利用管道机器人代替人工进行作业是未来的发展趋势。如今，该领域出现各类机器人样机，然而很少有通过现场实验，以此证实机器人实用可靠。因此，一款集淤泥破碎、淤泥泵送、位姿纠偏等功能于一身的管道机器人是极具现实意义的，为市政的小管径排水管道的清淤工作提供了一种新的选项，对于市政工程技术的发展有着重要的作用。

随着机器人被广泛应用于各种领域，人们对于机器人的稳定性提出了更高的要求，而其中，行走的稳定性更是无数次被提及。要知道机器人被要求应用的场合多是环境复杂，因此环境对于机器人行走的姿态势必会造成影响。这种外界的影响是难以避免的，因此需要机器人自身能够有一套系统能够在位姿偏差达到一定阈值之前，就其进行调整，使得机器人整体恢复到正常的位姿。

基于PID控制方法对市政管网内的清淤机械人二维平面内运动的主要对转向角进行控制，在清淤过程中受到管道内水流阻力、碰撞等各种因数的影响，无法建立精确的数学模型来编写算法对清淤机器人进行精确的控制。

前常见的管道清淤方式有以下几种：绞车清淤、通沟机和髙压水射流上述各类清淤方式的主要清淤对象是大管径的主干管道，而对于小管径的直线管道，其清淤效率并不是很高，同时，上述各类清淤方式，多少需要工人下井，而清淤机器人可以在较小的管径内进行行走并清理淤泥。

清淤机器人在市政管网内前后运动进行清淤的过程中，因管道内环境复杂容易引起机器人偏移轨道，从而无法正常完成范围内的清理任务。

传统位姿纠偏系统采用由于FPGA/GPLD等可编程器件，用户可以通过编程的方式实现位姿控制，之后下载到硬件中，最终通过硬件的方式最终实现位姿控制系统。然而这种方法的实现成本较高，控制算法越复杂，对硬件的要求就越高，成本就越昂贵。

传统清淤机器人需要使用牵引装置于地面链接，确保机器人可以按照既定轨道回到初始点。管道内存在各种杂物，一旦无法及时纠偏且又无牵引装置，程序控制容易计算错误距离，从而前进与后退距离不相符，导致机器人无法回到初始点。