海底管道检测机器人仿真系统技术方案

一种计算机应用技术领域的海底管道检测机器人仿真系统，在使用中用仿真模块取代相应的实际机器人单元即能开展调试、测试工作，所述的爬行器仿真模块、电池监控及里程计仿真模块、检测仿真模块和定位仿真模块都是接受来自实际的机器人智能控制器的指令，进行仿真计算，并按照仿真计算处理的结果向实际的机器人智能控制器发送反馈信息，实际的机器人智能控制器接受所有其他机器人单元发送的信息，并向其他单元或对应的仿真模块发送控制指令，各模块之间采用ＣＡＮ总线连接和通信，且ＣＡＮ总线及其通信协议和海底管道检测机器人相同。本发明专利技术真实反映系统运行功能和性能，以供研制过程中进行调试，以及功能测试，也可用于人员培训等方面。

Submarine pipeline inspection robot simulation system

A simulation system for submarine pipeline inspection robot in the field of computer technology, in the use of simulation module to replace the actual robot unit that can carry out the corresponding debugging and testing, the crawler simulation module, battery monitoring and odometer detection simulation module, simulation module and positioning simulation module are receiving from robot intelligent controller the actual instruction, simulation, and simulation results of processing according to the feedback information sent to the actual robot robot intelligent controller, intelligent controller of the actual robot unit accept all other information sent, and corresponding simulation module for sending control commands to other units or, between each module with CAN bus connection and communication, and CAN bus and its communication protocol and the same submarine pipeline inspection robot. The invention truly reflects the operation function and the performance of the system for debugging during the development process, as well as functional testing, and also for personnel training, etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种仿真
的系统，特别是一种海底管道检测机器人 仿真系统。
技术介绍
在海洋油气资源开发中，海底高压管线是实现油气集输必不可少的重要设 备。而海底管道因介质腐蚀、疲劳、外力损伤等因素的影响会产生缺陷。缺陷积 累到一定程度就会发生油气泄漏，不仅影响油田的正常生产，还会造成海洋环境 污染。定期进行管道缺陷检测是确保管道安全高效运行的必要手段。海底管道检测机器人是我国独立研发的一种海底管道检测装备，该装备主要 由电动爬行器，电池监控及里程计单元，智能控制器，超声与漏磁检测单元，超 低频定位单元等部分构成，各部分功能相对独立，采用CAN总线实现通信。系统的基本工作方式有两种:在线检测和定位检测。在线检测是不停产的普查方式，机器人采用压差驱动方式，在输油管中随着原油的流动前进，沿途对管 线进行测量并记录数据。定位检测是停产复査和定位，由爬行器驱动机器人行进 到严重缺陷处，反复几次复查，确认缺陷等级后，发射超低频电磁波，召唤工程 船对缺陷管道进行维修更换。因为该技术比较复杂，在调试和测试过程中对运行 中可能出现的各种情况进行长时间、反复的模拟是非常必要的，可以发现各种设 计缺陷，防止因此造成巨大损失。而实验管道很难对各种复杂情况进行模拟，比 如阻力变化、坡度变化、压力变化、传感器失效等，尤其是各种情况的组合，而 且真实系统在实际运行中要模拟各种故障情况也很困难。因此，开发一个仿真系 统用于管道检测机器人的调试、测试和训练等用途是非常必要的。经对现有技术的文献检索发现，清华大学申请的中国专利技术专利(申请号200510011107.7): —种整车控制器仿真测试系统，它包括实时监控系统，待测 整车控制器，可配置的信号处理装置和工控机模拟平台以及数据采集卡、CAN网 络等。该仿真测试系统除待测整车控制器为实际车用控制器以外，所有的测试环境均为仿真测试平台模拟真实环境得到，并从控制器角度上看与整车真实环境完 全一致，实现了低成本、便捷、快速地对整车控制器进行各种测试，提高了整车 控制器得开发效率。但由于仿真的对象与本专利技术完全不同，两套仿真系统的结构、 原理、功能也是完全不同的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种海底管道检测机器人仿真 系统，使其能方便的模拟实际海底管道检测机器人运行情况，真实反映系统运行 功能和性能，以供研制过程中进行调试，以及工程机完成后进行功能测试的，也 可用于人员培训等方面。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括爬行器仿真模块、电池监 控及里程计仿真模块、检测仿真模块和定位仿真模块，上述各仿真模块分别对应 于海底管道检测机器人的电动爬行器、电池监控及里程计单元、超声与漏磁检测 单元和超低频定位单元，实现对这四个单元功能和性能的仿真，并与机器人智能 控制器相结合构成完整的仿真系统。机器人系统中的单元采用CAN总线连接，在 使用中可以用仿真模块取代相应的机器人单元开展调试、测试工作。所述的爬行器仿真模块、电池监控及里程计仿真模块、检测仿真模块和定位 仿真模块都是接受来自机器人智能控制器的指令，进行仿真计算，并按照仿真计 算处理的结果向机器人智能控制器发送反馈信息，机器人智能控制器接受所有其 他机器人单元发送的信息，并向其他单元或对应的仿真模块发送控制指令。系统 各模块之间采用CAN总线连接和通信，且C緒总线接口及其通信协议和实际的海 底管道检测机器人相同，这样使得任何一个被调试/测试的海底管道检测机器人 单元在替代相应仿真单元接入到整个仿真系统时，获得与真实系统完全一致的网 络环境，各仿真模块之间也是以完全真实的物理通信线路实现通信功能。所述的爬行器仿真模块，实现对机器人电动爬行器单元的功能和性能的仿 真，能正确响应智能控制器发来的各项指令，包括自检，启动，以指定速度向 前爬行、向后爬行，停止爬行，支撑轮张紧、放松等；能模拟各种故障状态，包 括无应答，自检失败，启动失败，不能前进，不能后退，无法停止，支撑轮无 法张紧，支撑轮不能放松，爬行电机过载，支撑轮张紧电机过载等。所述的爬行器仿真模块，由第一 CAN总线驱动子模块、第一指令应答子模块、第一图形化界面子模块和爬行器功能模拟子模块构成。其中第一 CAN总线驱动子 模块用于实现C認总线通信。第一指令应答子模块用于解析从CAN总线接收到的， 来自智能控制器的指令，并转发至爬行器功能模拟子模块。第一指令应答子模块 可以对从CAN总线接收到的信号做出应答，即回复正确的握手信号，也可以根据用户的设置模拟通信故障情况，包括三种情况完全无应答，请求重复，回复随机乱码。第一图形化界面子模块用于设置爬行单元的性能、故障情况，显示爬行 器仿真模块所收到的指令以及爬行器仿真模块所发出的反馈信息。其中性能参数 包括指令反馈时间，爬行阻力，坡度，张紧阻力，各电机状态等，其中阻力、坡度等可以设定为在一定范围内随机变化；故障情况可以设置通信故障(包括前述 三种情况)，自检失败，启动失败，不能前进，不能后退，无法停止，支撑轮无 法张紧，支撑轮不能放松，爬行电机过载，支撑轮张紧电机过载等各种情况。从 第一 CAN总线驱动子模块接收到的指令以及爬行器仿真模块所发出的反馈信息 都以文本方式显示在第一图形化界面子模块上，并自动在每条信息后面添加注释 行，方便那些对指令系统不熟悉的用户使用。爬行器功能模拟子模块是爬行器仿 真模块的核心，该子模块内建有爬行器的动力学模型，能根据阻力变化、坡度变 化等情况计算爬行器的速度、电流等，模拟真实爬行器运行情况做出反馈。实际 使用中，用户在第一图形化界面子模块上设置的故障情况要优先于动力学模型的 计算结果。例如根据阻力、坡度等信息的计算，爬行器工作正常，但用户强制设 置爬行电机过载，则爬行器功能模拟子模块仍然判断为爬行电机过载故障，并向 控制器发送故障信息；反之，在用户没有指定相应故障的情况下则以动力学模型 的计算为准。所述的电池监控及里程计仿真模块，实现对机器人电池监控及里程计单元的 功能和性能的仿真，能正确响应智能控制器发来的各项指令，包括自检，启动， 残余电量报告，供电状态报告，里程报告等；能模拟各种故障状态，包括无应 答，自检失败，启动失败，电源故障，里程计故障，供电异常等。所述的电池监控及里程计仿真模块，由第二CAN总线驱动子模块、第二指令 应答子模块、第二图形化界面子模块、电池监控及里程计功能模拟子模块构成。 其中第二 CAN总线驱动子模块，第二指令应答子模块与前述爬行器仿真模块中的 同名子模块功能结构相似，不再赘述。第二图形化界面子模块用于设置电池监控及里程计单元的性能、故障情况，显示所收到的指令以及电池监控及里程计仿真 模块所发出的反馈信息，以图形化方式显示残余电量、里程等信息。其中性能参 数包括耗电速度，残余电量，里程计速度，里程计打滑率、漏报率等；故障情况 可以设置通信故障，自检失败，启动失败，对某单元供电异常，里程计失效等各 种情况。从第二 CAN总线驱动子模块接收到的指令以及电池监控及里程计仿真模 块所发出的反馈信息都以文本方式显示在第二图形化界面子模块上，并自动在每 条信息后面添加注释行，方便那些对指令系统不熟悉的用户使用。电池监控及里 程计功能模拟子模块是本模块的核心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海底管道检测机器人仿真系统，其特征在于，包括：爬行器仿真模块、电池监控及里程计仿真模块、检测仿真模块和定位仿真模块，其中：所述的爬行器仿真模块实现对海底管道检测机器人电动爬行器单元的功能和性能的仿真；所述的电池监控及里程 计仿真模块，实现对海底管道检测机器人电池监控及里程计单元的功能和性能的仿真；所述的检测仿真模块，实现对海底管道检测机器人超声与漏磁检测单元的功能和性能的仿真；所述的定位仿真模块，实现对海底管道检测机器人超低频定位单元的功能和 性能的仿真；在使用中用仿真模块取代相应的实际机器人单元即能开展调试、测试工作，所述的爬行器仿真模块、电池监控及里程计仿真模块、检测仿真模块和定位仿真模块都是接受来自实际的机器人智能控制器的指令，进行仿真计算，并按照仿真计算处理的结果 向实际的机器人智能控制器发送反馈信息，实际的机器人智能控制器接受所有其他机器人单元发送的信息，并向其他单元或对应的仿真模块发送控制指令，各模块之间采用ＣＡＮ总线连接和通信，且ＣＡＮ总线接口及其通信协议和海底管道检测机器人相同，任何一个被调试、测试的海底管道检测机器人单元在替代相应仿真单元接入到整个仿真系统时能获得与真实系统完全一致的环境，各仿真模块之间也是以完全真实的物理通信线路实现通信功能。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：栾楠，王忠巍，曹其新，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]