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题目：管道爬行机器人的控制与设计

摘要：介绍了一种用于管道检测的八足机器人的设计方案。阐述了其结构、功能原理及控制方法。后者不仅包括控制概念的提出，还包括针对具体结构条件的控制设计。并进一步说明了机械模型及其向仿真程序的转换。控制器设计采用简化模型。研究了这种简化对系统动力学的影响。最后给出了所设计控制器的仿真结果。

关键词：管道、爬行器、机械性能、仿真、力控制

1.引言

管道系统在其管径、长度、内部介质和管道布置的复杂性等方面各不相同。为了从内部检测和修复管道，人们发明了各种各样的机器人。它们通过轮子、链条向前移动，或随着水流漂浮。所有的机器人都有其特定的困难，例如牵引力和灵活性低的问题。与此相反，本文所讨论的机器是靠腿移动的。

2.机器人设计

机器人有八条腿，排列得像两颗星星。腿的附件位于两个平面上，两个平面与中心体的纵轴相交。这些平面称为腿平面。每个支腿有两个活动接头，由直流电机驱动。它们的旋转轴与腿平面垂直。这为每条腿提供了平面移动能力。腿通过一个附加的被动关节安装在中心身体上，允许在第三个方向上进行小的补偿运动。爬行器长度约0.75m，能在直径60-70cm的管道中工作。八条腿中的每条腿中，两个活动关节（髋关节和膝关节）之间的距离为15厘米，最后一条腿段（膝关节到脚）的长度为17厘米。髋关节的最大可能扭矩短

期为78Nm，永久性为4KNm。膝关节对应值分别为78Nm和20Nm。因此，一条腿能够永久地承受6.5倍于自身重量的重量，在伸展的姿势下的操作下能短时间承受自身12倍的重量。这个强大的腿设计是一个已经存在的结构，能非常有效地进行工作 (Pfeiffer et al., 1994)。机器人的总重量约为20公斤，包括整个电力电子设备和控制器。