基于UG的PIG檢測機(jī)器人仿真系統(tǒng)

梁志恒

摘 要：采用Visual C++及UG軟件的Open C API二次開發(fā)技術(shù)，構(gòu)造一種與UG無縫集成的PIG管道檢測機(jī)器人仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)是包含人機(jī)接口層、作業(yè)管理層、UG支撐層的機(jī)器人作業(yè)仿真軟件體系結(jié)構(gòu)，利用UG參數(shù)化造型技術(shù)，對PIG管道檢測機(jī)器人的各種檢測數(shù)據(jù)直接進(jìn)行三維模型設(shè)計及仿真，可以提高PIG管道檢測機(jī)器人的整體性能。

關(guān)鍵詞：UG OPEN API；運動仿真；UG參數(shù)化造型；運動學(xué)分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.110

1 前言

目前，基于UG二次開發(fā)的PIG管道檢測機(jī)器人仿真系統(tǒng)在提高PIG管道檢測機(jī)器人仿真系統(tǒng)的整體性能方面已經(jīng)開始有所應(yīng)用。PIG管道檢測機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)由移動載體、管道內(nèi)部檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳遞和動力傳輸系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成，其中控制系統(tǒng)是其核心部分，通過分析計算上述檢測數(shù)據(jù)，結(jié)合計算機(jī)仿真技術(shù)中的UG軟件的Open C API二次開發(fā)技術(shù)可以為管道清理機(jī)械執(zhí)行裝置提供清理方式的選擇。同時還可以為系統(tǒng)提供評估依據(jù)等。

本文通過UG軟件的Open C API二次開發(fā)技術(shù)，構(gòu)造了與UG軟件無縫集成的PIG管道檢測機(jī)器人仿真系統(tǒng)。

2 問題的提出

對于PIG管道檢測機(jī)器人來說，由于其在受限空間內(nèi)運動，流場信息和機(jī)器人運動參數(shù)的檢測極為困難。特別是沒有機(jī)器人模型可供實驗，耗資很低的情況下，可以對大量特殊工況進(jìn)行仿真。雖然通過數(shù)值仿真能夠求解出機(jī)器人周圍流場的基本信息和流場對機(jī)器人的驅(qū)動力，但是其中的計算方法和程序必須用實驗結(jié)果來檢驗其正確性和合理性，特別是像管道機(jī)器人這種具有復(fù)雜外表且在受限空間內(nèi)的鈍體繞流，要進(jìn)行精確模擬很困難。

為此，可以實時檢測PIG在管道流場下的運動規(guī)律與運動控制并基于通過無線透傳模塊輸出的各項數(shù)據(jù)精準(zhǔn)地分析模擬出PIG管道檢測機(jī)器人在管道流場下的運動規(guī)律與運動控制，能夠解決諸如管內(nèi)流場截斷；設(shè)備損毀；管內(nèi)缺陷準(zhǔn)確定位等問題的PIG管道檢測機(jī)器人得以實現(xiàn)。

3 PIG管道檢測機(jī)器人仿真系統(tǒng)的技術(shù)路線

因此，本項目具體的做法是從數(shù)值仿真和實驗研究兩方面著手，基本構(gòu)想是利用UG參數(shù)化造型技術(shù)，對PIG管道檢測機(jī)器人的各種檢測數(shù)據(jù)直接進(jìn)行三維模型設(shè)計及仿真，以數(shù)值模擬仿真求得管道機(jī)器人的流場結(jié)果，再用實驗來驗證數(shù)值仿真結(jié)果的正確性。

圖1是表示PIG管道檢測機(jī)器人仿真系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)的示意圖。

如圖1所示，該系統(tǒng)包括上位機(jī)管理系統(tǒng)和下位機(jī)管理系統(tǒng)，下位機(jī)管理系統(tǒng)對壓力變送器、編碼器、灰度傳感器、紅外線避障傳感器 、紅外線傳感器 、傾斜傳感器等數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行管理。上位機(jī)管理系統(tǒng)包括實時圖像顯示系統(tǒng)；控制器圖像采集模塊；水平控制模塊；運動控制模塊；UG仿真模塊；數(shù)據(jù)分析模塊；無線通信模塊等。

圖2是表示PIG管道檢測機(jī)器人仿真系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)的示意圖。

該系統(tǒng)可以調(diào)整設(shè)置機(jī)器人速度、傾角傳感器、機(jī)器人角度、機(jī)器人位置等，可以實時輸出管道內(nèi)的實時狀態(tài)，通過前后壓力傳感器的壓差可以判斷PIG機(jī)器人是否為進(jìn)行狀態(tài)，探測障礙物是否存在，檢測是否在多個方向發(fā)生傾斜，檢測地面軌跡、路徑識別等。

然后，通過數(shù)據(jù)分析模塊利用UG技術(shù)對下位機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器采集到的各種檢測數(shù)據(jù)直接進(jìn)行三維模型設(shè)計及系統(tǒng)仿真?？梢蕴峁㏄IG兩側(cè)壓力、實時坐標(biāo)、移動距離、流動速度、尾翼位移量、尾翼調(diào)整速度等實時數(shù)據(jù)，分析壓力數(shù)據(jù)計算出堵塞程度，分析實時坐標(biāo)及移動距離數(shù)據(jù)判斷出缺陷具體位置，分析尾翼位移量并參照形狀記憶合金體數(shù)據(jù)計算出缺陷具體類型，分析上述數(shù)據(jù)為拱體刀具的選擇提供仿真數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)同時還具有實時性、動態(tài)性、安全性，可以動態(tài)分配當(dāng)前所執(zhí)行的任務(wù)。

4 結(jié)論

PIG管道檢測機(jī)器人仿真系統(tǒng)利用UG參數(shù)化造型技術(shù)，對PIG管道檢測機(jī)器人的各種檢測數(shù)據(jù)直接進(jìn)行三維模型設(shè)計及仿真，可以提高PIG管道檢測機(jī)器人的整體性能。能夠準(zhǔn)確地檢測到機(jī)器人的基本運動控制、圖像采集、水平檢測等運動仿真，可以實時檢測出管內(nèi)流場截斷；檢測設(shè)備損毀；機(jī)器人卡堵；管內(nèi)缺陷定位的準(zhǔn)確性等問題。

該系統(tǒng)同時還具有可拓展性，不僅可以應(yīng)用于管道檢測方面，還可以應(yīng)用于例如醫(yī)療領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

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