基于UG的PIG檢測(cè)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(wú)縫集成的PIG管道檢測(cè)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(duì)PIG管道檢測(cè)機(jī)器人的各種檢測(cè)數(shù)據(jù)直接進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)及仿真，可以提高PIG管道檢測(cè)機(jī)器人的整體性能。

關(guān)鍵詞：UG OPEN API；運(yùn)動(dòng)仿真；UG參數(shù)化造型；運(yùn)動(dòng)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(cè)機(jī)器人仿真系統(tǒng)在提高PIG管道檢測(cè)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(cè)機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)由移動(dòng)載體、管道內(nèi)部檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳遞和動(dòng)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(jì)算上述檢測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合計(jì)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(shí)還可以為系統(tǒng)提供評(píng)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(wú)縫集成的PIG管道檢測(cè)機(jī)器人仿真系統(tǒng)。

2 問題的提出

對(duì)于PIG管道檢測(cè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，由于其在受限空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，流場(chǎng)信息和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)的檢測(cè)極為困難。特別是沒有機(jī)器人模型可供實(shí)驗(yàn)，耗資很低的情況下，可以對(duì)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(chǎng)的基本信息和流場(chǎng)對(duì)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)力，但是其中的計(jì)算方法和程序必須用實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)檢驗(yàn)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(shí)時(shí)檢測(cè)PIG在管道流場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與運(yùn)動(dòng)控制并基于通過無(wú)線透?jìng)髂K輸出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)地分析模擬出PIG管道檢測(cè)機(jī)器人在管道流場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與運(yùn)動(dòng)控制，能夠解決諸如管內(nèi)流場(chǎng)截?cái)啵辉O(shè)備損毀；管內(nèi)缺陷準(zhǔn)確定位等問題的PIG管道檢測(cè)機(jī)器人得以實(shí)現(xiàn)。

3 PIG管道檢測(cè)機(jī)器人仿真系統(tǒng)的技術(shù)路線

因此，本項(xiàng)目具體的做法是從數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)研究?jī)煞矫嬷郑緲?gòu)想是利用UG參數(shù)化造型技術(shù)，對(duì)PIG管道檢測(cè)機(jī)器人的各種檢測(cè)數(shù)據(jù)直接進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)及仿真，以數(shù)值模擬仿真求得管道機(jī)器人的流場(chǎng)結(jié)果，再用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證數(shù)值仿真結(jié)果的正確性。

圖1是表示PIG管道檢測(cè)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(duì)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(shí)時(shí)圖像顯示系統(tǒng)；控制器圖像采集模塊；水平控制模塊；運(yùn)動(dòng)控制模塊；UG仿真模塊；數(shù)據(jù)分析模塊；無(wú)線通信模塊等。

圖2是表示PIG管道檢測(cè)機(jī)器人仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)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(shí)時(shí)輸出管道內(nèi)的實(shí)時(shí)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(cè)障礙物是否存在，檢測(cè)是否在多個(gè)方向發(fā)生傾斜，檢測(cè)地面軌跡、路徑識(shí)別等。

然后，通過數(shù)據(jù)分析模塊利用UG技術(shù)對(duì)下位機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器采集到的各種檢測(cè)數(shù)據(jù)直接進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)及系統(tǒng)仿真。可以提供PIG兩側(cè)壓力、實(shí)時(shí)坐標(biāo)、移動(dòng)距離、流動(dòng)速度、尾翼位移量、尾翼調(diào)整速度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，分析壓力數(shù)據(jù)計(jì)算出堵塞程度，分析實(shí)時(shí)坐標(biāo)及移動(dòng)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(jì)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(shí)還具有實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性、安全性，可以動(dòng)態(tài)分配當(dāng)前所執(zhí)行的任務(wù)。

4 結(jié)論

PIG管道檢測(cè)機(jī)器人仿真系統(tǒng)利用UG參數(shù)化造型技術(shù)，對(duì)PIG管道檢測(cè)機(jī)器人的各種檢測(cè)數(shù)據(jù)直接進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)及仿真，可以提高PIG管道檢測(cè)機(jī)器人的整體性能。能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到機(jī)器人的基本運(yùn)動(dòng)控制、圖像采集、水平檢測(cè)等運(yùn)動(dòng)仿真，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)出管內(nèi)流場(chǎng)截?cái)啵粰z測(cè)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(shí)還具有可拓展性，不僅可以應(yīng)用于管道檢測(cè)方面，還可以應(yīng)用于例如醫(yī)療領(lǐng)域。

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