SmartCrawler：一种用于供水管网中具备无线通信的管道内机器人系统
机器人学
2021-05-20 v2
摘要
供水管网（WDS）是将饮用水输送至居民区的关键基础设施。管道事故会导致管道内的水量损失与污染。因此，水质监测是水务管理人员确保水质健康的需求之一。然而，由于管网漫长且由不同构型与尺寸的管道组成，难以到达其所有部分。本文提出一种基于轮壁压紧机制、尺寸自适应且模块化的管道内机器人，称为 SmartCrawler。我们开发了一种两阶段运动控制算法，使其能在在役管道的直线与非直线构型中可靠运动。阶段 1 的控制器通过高层线性二次调节器（LQR）与底层比例-积分-微分（PID）控制器稳定机器人在直线路径中的姿态并跟踪期望速度。阶段 2 的控制器带有设计的误差检测子模块与速度控制器，使机器人能在非直线构型中转向期望方向。两阶段控制器的性能通过实验与仿真结果进行了评估。无线地下通信对地下应用而言是一项挑战性任务。我们提出一种基于有源射频识别（RFID）、工作于 434MHz 载波频率的双向无线传感器模块，并通过实验结果评估其性能。在本文末尾，我们为 SmartCrawler 设计了印刷电路板（PCB），将电子元件嵌入受限且密封的环境中。仿真与实验结果证明，所提出的机器人系统可用于需要无线通信以在操作期间与机器人通信的管道内任务。
引用
@article{arxiv.2105.06344,
title = {SmartCrawler: An In-pipe Robotic System with Wireless Communication in Water Distribution Systems},
author = {Saber Kazeminasab and Roozbeh Jafari and M. Katherine Banks},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.06344},
year = {2021}
}
备注
IEEE Copyright Issue