面向供水系统中管内机器人长距离检测与智能导航的研究

供水系统（WDS）中的事故会导致水资源损失和污染，需要管理人员及时评估管道状况。然而，管道漫长且难以到达所有部位；当前的管内机器人存在检测距离短、无法在运行中的管网中作业的局限。在本工作中，我们改进了先前开发的管内机器人设计，并通过计算流体动力学（CFD）仿真分析了运行期间管线压力与相对速度对机器人的影响。我们定义了机器人运行的极端场景，并估算了机器人在一次电池充电下的最小检测距离为5400m。提出了一种多相位运动控制器，可确保机器人在直管与非直管构型中可靠运动，并在 junctions 处实现零速度的稳态构型。我们还提出了一种基于粒子滤波的定位与导航方法，并将其与所提多相位运动控制器结合。该方法中，机器人被提供运行地图，并基于地图与粒子滤波方法实现自定位。此外，机器人通过粒子滤波算法切换运动控制器算法的不同相位来导航不同管道构型。实验与仿真结果表明，该机器人结合导航方案为管内机器人长距离管道检测提供了有前景的解决途径。