【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及管道机器人领域，更具体的说是涉及一种旁通式管道机器人及其控制方法。
技术介绍
1、随着城市规模不断扩大，市政管道系统也随之逐步壮大，管网老化现象日益严重，致使管网爆管事故频发；管道内的空间狭小，检修和维护十分困难，需要通过管道机器人对其进行检查；
2、管道机器人需要在管道内进行移动，将管道机器人置于管道内后，将管道分隔成前后两段，使得前后两段管道对于管道机器人之间存在压强差，通过压强差来使得管道机器人移动，因管道内存在淤泥等情况，使得管道机器人实际的移动速度与现象的移动速度之间会不一致，难以控制管道机器人的移动速度。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种旁通式管道机器人及其控制方法，用于控制管道机器人的移动速度。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种旁通式管道机器人，包括管体，所述管体的两端均可拆卸连接有环状皮碗，所述管体内设置有三偏心蝶阀，以使所述管体内分成前腔与后腔，所述管体上开设有通孔，所述三偏心蝶阀的阀轴延伸出所述通孔，所述管体上设置有动力部，所述动力部用于带动所述三偏心蝶阀的阀轴转动，所述管体上还设置有控制器、速度传感器以及位移传感器。
3、作为本专利技术的进一步改进，所述环状皮碗的外圈呈弯折状。
4、作为本专利技术的进一步改进，所述环状皮碗上开设有多个连接孔，所述管体的两端均一体成型有第一法兰，所述管体的两端均设置有第二法兰，所述环状皮碗通过所述连接孔可拆卸
5、作为本专利技术的进一步改进，所述动力部包括电机、连接轴、第一锥齿轮以及第二锥齿轮，所述电机的输出端与所述连接轴之间连接有轴套，所述第一锥齿轮固定连接于所述连接轴的端部，所述第二锥齿轮连接于所述三偏心蝶阀的阀轴上，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合。
6、作为本专利技术的进一步改进，所述控制器与所述电机电连接，所述速度传感器与所述控制器电连接，所述位移传感器与所述控制器电连接，所述管体上固定连接有壳体，所述壳体罩设于所述电机与所述控制器外。
7、作为本专利技术的进一步改进，所述位移传感器与所述速度传感器均设置于所述壳体上。
8、作为本专利技术的进一步改进，所述三偏心蝶阀的碟板外圈开设有环槽，所述环槽上嵌设有密封圈。
9、一种旁通式管道机器人的控制方法，包括控制策略以及上述的一种旁通式管道机器人，所述控制策略包括计算出旁通式管道机器人的滑模控制器等价控制率ue(t)，电机通过所述滑模控制器等价控制率ue(t)控制其输出状态。
10、作为本专利技术的进一步改进，所述旁通式管道机器人的滑模控制器等价控制率ue(t)的公式为：
11、
12、式中，
13、
14、其中，xd为理论位移，x为实际位移，为理论速度，为实际速度，为实际加速度，为理论加速度；
15、其中，a、b为系统系数，a＝-f/j，b＝k/j；j为电机的转动惯量，f为电机的阻尼系数，k为电机的转矩常数，为其均值，α是正的常数，并且其取值范围为10至20，β是正的常数，并且其取值范围为100至150；
16、其中，f(t)为全程滑模因子，全程滑模因子f(t)满足以下公式：
17、
18、作为本专利技术的进一步改进，瞬时加速度偏差为：
19、
20、所述实际加速度的计算公式为：
21、
22、式中，u是电机的输入电流，t为旁通式管道机器人系统的不确定负载，c为系统系数，c＝-1/j；
23、旁通式管道机器人系统总的不确定项为：
24、
25、其中，△a、△b为旁通式管道机器人系统的不确定项。
26、作为本专利技术的进一步改进，旁通式管道机器人滑模控制器的跟踪误差函数s，选取全局滑模面位如下形式：
27、
28、其中，s的导数被表示为：
29、其中并且忽略w(t)。
30、作为本专利技术的进一步改进，采用rbf神经网络对旁通式管道机器人控制系统总的不确定项进行自适应学习，采用lyapunov理论对旁通式管道机器人跟踪误差控制器进行稳定性证明，修改后的旁通式管道机器人自适应全局滑模控制器u为：
31、
32、其中，uf(t)为rbf网络自适应算法改进的鲁棒控制器。
33、本专利技术的有益效果：本专利技术中两个环状皮碗均与管道的内壁贴合，将管道分成了两段，使得前腔与后腔之间存在压强差，从而使得管道机器人进行移动，通过控制器控制动力部动作，从而使得三偏心蝶阀进行转动，来调节前腔与后腔之间的连通空间的大小，从而来改变前腔与后腔之间的驱动压差，控制行进速度保持在目标范围内，采用自适应滑模控制，能根据实际运行速度实时调整阀门开度，改变压差及速度，具有较高的控制精度和性能。
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1.一种旁通式管道机器人，其特征在于：包括管体(1)，所述管体(1)的两端均可拆卸连接有环状皮碗(2)，所述管体(1)内设置有三偏心蝶阀(3)，以使所述管体(1)内分成前腔(11)与后腔(12)，所述管体(1)上开设有通孔(13)，所述三偏心蝶阀(3)的阀轴延伸出所述通孔(13)，所述管体(1)上设置有动力部(4)，所述动力部(4)用于带动所述三偏心蝶阀(3)的阀轴转动，所述管体(1)上还设置有控制器(5)、速度传感器(6)以及位移传感器(7)。
2.根据权利要求1所述的一种旁通式管道机器人，其特征在于：所述环状皮碗(2)上开设有多个连接孔(21)，所述管体(1)的两端均一体成型有第一法兰(14)，所述管体(1)的两端均设置有第二法兰(8)，所述环状皮碗(2)通过所述连接孔(21)可拆卸连接于对应的所述第一法兰(14)与所述第二法兰(8)之间。
3.根据权利要求1所述的一种旁通式管道机器人，其特征在于：所述动力部(4)包括电机(41)、连接轴(42)、第一锥齿轮(43)以及第二锥齿轮(44)，所述电机(41)的输出端与所述连接轴(42)之间连接有轴套(45
4.根据权利要求4所述的一种旁通式管道机器人，其特征在于：所述控制器(5)与所述电机(41)电连接，所述速度传感器(6)与所述控制器(5)电连接，所述位移传感器(7)与所述控制器(5)电连接，所述管体(1)上固定连接有壳体(15)，所述壳体(15)罩设于所述电机(41)与所述控制器(5)外。
5.根据权利要求1所述的一种旁通式管道机器人，其特征在于：所述三偏心蝶阀(3)的碟板外圈开设有环槽(31)，所述环槽(31)上嵌设有密封圈(32)。
6.一种旁通式管道机器人的控制方法，其特征在于：包括控制策略以及权利要求1至5任意一项所述的一种旁通式管道机器人，所述控制策略包括计算出旁通式管道机器人的滑模控制器等价控制率ue(t)，电机通过所述滑模控制器等价控制率ue(t)控制其输出状态。
7.根据权利要求1所述的一种旁通式管道机器人的控制方法，其特征在于:所述旁通式管道机器人的滑模控制器等价控制率ue(t)的公式为：
8.根据权利要求7所述的一种旁通式管道机器人的控制方法，其特征在于：瞬时加速度偏差为：
9.根据权利要求7所述的一种旁通式管道机器人的控制方法，其特征在于：旁通式管道机器人滑模控制器的跟踪误差函数S，选取全局滑模面位如下形式：
10.根据权利要求7所述的一种旁通式管道机器人的控制方法，其特征在于：采用RBF神经网络对旁通式管道机器人控制系统总的不确定项进行自适应学习，采用Lyapunov理论对旁通式管道机器人跟踪误差控制器进行稳定性证明，修改后的旁通式管道机器人自适应全局滑模控制器u为：
...【技术特征摘要】
1.一种旁通式管道机器人，其特征在于：包括管体(1)，所述管体(1)的两端均可拆卸连接有环状皮碗(2)，所述管体(1)内设置有三偏心蝶阀(3)，以使所述管体(1)内分成前腔(11)与后腔(12)，所述管体(1)上开设有通孔(13)，所述三偏心蝶阀(3)的阀轴延伸出所述通孔(13)，所述管体(1)上设置有动力部(4)，所述动力部(4)用于带动所述三偏心蝶阀(3)的阀轴转动，所述管体(1)上还设置有控制器(5)、速度传感器(6)以及位移传感器(7)。
2.根据权利要求1所述的一种旁通式管道机器人，其特征在于：所述环状皮碗(2)上开设有多个连接孔(21)，所述管体(1)的两端均一体成型有第一法兰(14)，所述管体(1)的两端均设置有第二法兰(8)，所述环状皮碗(2)通过所述连接孔(21)可拆卸连接于对应的所述第一法兰(14)与所述第二法兰(8)之间。
3.根据权利要求1所述的一种旁通式管道机器人，其特征在于：所述动力部(4)包括电机(41)、连接轴(42)、第一锥齿轮(43)以及第二锥齿轮(44)，所述电机(41)的输出端与所述连接轴(42)之间连接有轴套(45)，所述第一锥齿轮(43)固定连接于所述连接轴(42)的端部，所述第二锥齿轮(44)连接于所述三偏心蝶阀(3)的阀轴上，所述第一锥齿轮(43)与所述第二锥齿轮(44)啮合。
4.根据权利要求4所述的一种旁通式管道机器人，其特征在于：所述控制器(5)与所述电机(41)电连接，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄志龙，张敦铭，宋婷婷，张子豪，安亮，周园园，王琪，魏国强，杨淼帅，张恒语，阮玉军，
申请(专利权)人：江苏航运职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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