本發(fā)明屬于城市排水管道穿纜檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水陸兩棲多單元輪式管道機(jī)器人檢修系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

城市排水是現(xiàn)代化城市不可缺少的重要基礎(chǔ)設(shè)施，對城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有全局性、先導(dǎo)性影響。同時也是城市水污染防治和城市排漬、排澇、防洪的骨干工程。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及城市人口的不斷聚集，城市排水道的排水壓力與日俱增，而新增和改建市政下水道工程又遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。城市排水領(lǐng)域所暴露出的問題日益凸顯。排水不暢，小則影響居民日常生活，嚴(yán)重時會打亂整個城市的正常節(jié)奏。城市排水設(shè)施不僅是維護(hù)城市生態(tài)物質(zhì)代謝功能的重要前提，也是保護(hù)城市水質(zhì)資源和生活環(huán)境的重要措施。目前，我國疏通清理城市地下排水管道通常有兩種方式：水力清通與機(jī)械清通。水力清通借助于水力對排水管內(nèi)污物雜質(zhì)進(jìn)行沖洗，以達(dá)到清除淤泥的作用。機(jī)械清通即是利用機(jī)械驅(qū)動的絞車，以機(jī)械力清除下水道污泥?？偟膩碚f技術(shù)落后，效率低下，工作條件惡劣，清污效果不盡如人意。

國外在這方面比較成熟的有兩類技術(shù)手段，一種是高壓水射流技術(shù)，即是以強(qiáng)大的水壓沖刷下水管道，這種技術(shù)手段不符合我國大部分城市水資源匱乏的現(xiàn)狀，況且我國的下水管道大部分是由水泥材料澆注而成，強(qiáng)大的水壓也會損傷水泥材料，極大地降低下水管道的壽命和可靠性。另一種技術(shù)思路是自動化清理機(jī)器人，包括形式多樣的輪式、履帶式、蠕動式、爬行式管道檢修機(jī)器人。國外對此研究多年，也屢有工業(yè)用產(chǎn)品問世，但是一旦引入中國，往往出現(xiàn)水土不服的現(xiàn)象。同時由于它們昂貴的成本，困難的售后服務(wù)也使得我國大部分市政部門無力承擔(dān)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種水陸兩棲多單元輪式管道機(jī)器人檢修系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠極大地提高市政管道檢修效率，同時針對我國國情，加強(qiáng)了密封設(shè)計，提高了移動機(jī)器人的通過性和彎型管道過彎能力，減輕了市政工人的勞動強(qiáng)度。

為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：

一種水陸兩棲多單元輪式管道機(jī)器人檢修系統(tǒng)，包括蛇形機(jī)器人，其特征在于，所述的蛇形機(jī)器人由首節(jié)、車輪、偏轉(zhuǎn)錐齒輪、抬升圓筒關(guān)節(jié)、驅(qū)動模塊和尾節(jié)通過關(guān)節(jié)相互連接組成，其中：

首節(jié)外部上方安置有CCD攝像頭和兩個高功率照明燈泡，首節(jié)前端安裝有清理機(jī)械臂；

首節(jié)內(nèi)部安置陀螺儀、GPS定位傳感器、煙霧傳感器、一氧化碳濃度傳感器和照明傳感器，其中的煙霧傳感器、一氧化碳濃度傳感器和照明傳感器蛇形幫助機(jī)器人辨識下水道環(huán)境狀況；

清理機(jī)械臂由軟軸帶動，軟軸的長度可人為加長且可以彎曲；

抬升圓筒關(guān)節(jié)由偏轉(zhuǎn)錐齒輪組和舵機(jī)實現(xiàn)抬升圓筒關(guān)節(jié)之間的角度偏轉(zhuǎn)；驅(qū)動模塊內(nèi)部由無刷電機(jī)提供動力，驅(qū)動模塊裝有6個車輪，車輪繞驅(qū)動模塊圓周均勻分布；

在尾節(jié)外部有螺旋槳，尾節(jié)內(nèi)部置有驅(qū)動電機(jī)，以帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)，在積水的下水道環(huán)境中為蛇形機(jī)器人提供行駛動力；

蛇形機(jī)器人還設(shè)有用于控制蛇形機(jī)器人行走的下層控制系統(tǒng)，該下層控制系統(tǒng)與清洗機(jī)械臂、CCD攝像頭、照明和各傳感器以及CCD攝像頭分別相連接；下層控制系統(tǒng)通過電纜連接上位機(jī)，下層控制系統(tǒng)與上位機(jī)通信，上位機(jī)連接顯示器，上位機(jī)和下層控制系統(tǒng)通過電纜與動力源相連接。

根據(jù)本發(fā)明，所述的清理機(jī)械臂能夠根據(jù)雜物的種類更換。

進(jìn)一步的，所述驅(qū)動模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括輪軸、從動錐齒輪和主動錐齒輪，其中從動錐齒輪共有三個，呈圓周均勻分布；主動錐齒輪由無刷電機(jī)帶動運轉(zhuǎn)，分別與三個從動錐齒輪嚙合，以此實現(xiàn)車輪的運動。

所述驅(qū)動模塊按照實際情況增加串聯(lián)的數(shù)量，以提供更強(qiáng)的動力。

所述的螺旋槳的直徑為10cm。

所述的首節(jié)、車輪、偏轉(zhuǎn)錐齒輪、抬升圓筒關(guān)節(jié)、驅(qū)動模塊和尾節(jié)關(guān)節(jié)之間安裝角度傳感器，實時檢測關(guān)節(jié)相對轉(zhuǎn)角。

所述的GPS定位傳感器采用GPS載波相位動態(tài)定位的卡爾曼濾波模型，以消除多方面的干擾，有效解決定位不準(zhǔn)確問題。

所述的螺旋槳與尾節(jié)內(nèi)部的驅(qū)動電機(jī)之間連接有光電管，由光電管測得其轉(zhuǎn)速來反饋給上位機(jī)。

所述的舵機(jī)實現(xiàn)相對的橫向轉(zhuǎn)動和縱向旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)動的最大極限設(shè)置為30度。

所述的上位機(jī)和下位機(jī)的通信協(xié)議是RS-485。

本發(fā)明的水陸兩棲多單元輪式管道機(jī)器人檢修系統(tǒng)，采用蛇形機(jī)器人，由舵機(jī)和螺旋槳兩種驅(qū)動方式，錐齒輪和舵機(jī)控制轉(zhuǎn)向。既解決了輪式機(jī)器人在濕滑有水的下水道中運動不良的問題，又很好的彌補了輪式和爬行式機(jī)器人彎曲管道通過性不良的缺點。蛇形機(jī)器人運動采用了分層模糊控制，設(shè)計了硬件控制系統(tǒng)，分別基于ARM920T和Atmega8設(shè)計了上位機(jī)和下位機(jī)控制算法?；赨-T參數(shù)變換改進(jìn)的卡爾曼濾波方法提高了蛇形機(jī)器人的定位精度。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的水陸兩棲多單元輪式管道機(jī)器人檢修系統(tǒng)帶來的技術(shù)效果在于：

第一，由于很多地下管道都存在積水，輪式機(jī)器人行走時的效率不高，水陸兩棲多單元管道機(jī)器人探測系統(tǒng)在尾節(jié)安裝了螺旋槳，有效提高了運行效率。

第二，采用可替換軟軸清洗機(jī)械臂，可以按照實際應(yīng)用條件的不同，更換合適的清洗臂，軟軸本身也可以加長和清理反水彎管。

第三，安裝了多種傳感器，在清理市政管道的同時，可以有效探明下水道的雜物位置、數(shù)量，有害氣體濃度。

第四，蛇形機(jī)器人能夠準(zhǔn)確定位其所在的位置，這樣如果遇到蛇形機(jī)器人自身無法解決的狀況，工人可以準(zhǔn)確知道具體的地點來開展挖掘，降低對道路的破壞程度。

第五，基于蛇形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和運動學(xué)分析，設(shè)計了分層模糊控制方法，有效提高了控制精度。

第六，采用舵機(jī)和錐齒輪組聯(lián)合的關(guān)節(jié)偏轉(zhuǎn)方法，能夠使得蛇形機(jī)器人在彎管中良好偏轉(zhuǎn)，同時降低了單一偏轉(zhuǎn)方法失靈導(dǎo)致機(jī)器人卡在管道中的風(fēng)險。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的蛇形機(jī)器人的模型示意圖(主視圖)；

圖2為蛇形機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為蛇形機(jī)器人驅(qū)動模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為蛇形機(jī)器人關(guān)節(jié)的圓筒模型圖；

圖5為蛇形機(jī)器人系統(tǒng)的簡化模型圖；

圖6為單個關(guān)節(jié)的力學(xué)模型如圖；

圖7為本發(fā)明的水陸兩棲多單元輪式管道機(jī)器人檢修系統(tǒng)總體控制原理圖；

圖8為本發(fā)明的水陸兩棲多單元輪式管道機(jī)器人檢修系統(tǒng)工作流程圖；

圖9為煙霧濃度檢測電路圖；

圖10為一氧化碳濃度檢測電路圖；

圖11為上位機(jī)軟件系統(tǒng)框圖；

圖12為下位機(jī)軟件系統(tǒng)框圖；

圖13為電機(jī)模糊控制流程框圖；

其中的標(biāo)記分別表示：1、舵機(jī)，2、清理機(jī)械臂，3、軟軸，4、攝像頭，5、蛇形機(jī)器人首節(jié)，6、小車輪，7、偏轉(zhuǎn)錐齒輪，8、抬升圓筒關(guān)節(jié)，9、驅(qū)動模塊，10、尾節(jié)，11、螺旋槳，901、輪軸、902、從動錐齒輪，905、主動錐齒輪。

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

具體實施方式

本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，所采取的技術(shù)方法和理論如下。

參見圖1至圖4，圖7，本實施例給出一種水陸兩棲多單元輪式管道機(jī)器人檢修系統(tǒng)，主要用于城市主排水管道穿纜檢修，包括蛇形機(jī)器人A，該蛇形機(jī)器人A由首節(jié)5、車輪6、偏轉(zhuǎn)錐齒輪7、抬升圓筒關(guān)節(jié)8、驅(qū)動模塊9和尾節(jié)10通過關(guān)節(jié)相互連接組成，其中：

首節(jié)5外部上方安置有CCD攝像頭4和兩個高功率照明燈泡，首節(jié)5前端安裝有清理機(jī)械臂2；

首節(jié)5內(nèi)部安置陀螺儀、GPS定位傳感器、煙霧傳感器、一氧化碳濃度傳感器和照明傳感器，其中的煙霧傳感器、一氧化碳濃度傳感器和照明傳感器蛇形幫助機(jī)器人辨識下水道環(huán)境狀況；

清理機(jī)械臂2由軟軸3帶動，軟軸3的長度可人為加長且可以彎曲；

抬升圓筒關(guān)節(jié)8由偏轉(zhuǎn)錐齒輪組7和舵機(jī)1實現(xiàn)抬升圓筒關(guān)節(jié)8之間的角度偏轉(zhuǎn)；驅(qū)動模塊9內(nèi)部由無刷電機(jī)提供動力，驅(qū)動模塊9裝有6個車輪6，車輪6繞驅(qū)動模塊9圓周均勻分布；

在尾節(jié)10外部有螺旋槳11，尾節(jié)10內(nèi)部置有驅(qū)動電機(jī)，以帶動螺旋槳11旋轉(zhuǎn)，在積水的下水道環(huán)境中為蛇形機(jī)器人A提供行駛動力；

蛇形機(jī)器人A還設(shè)有用于控制蛇形機(jī)器人A行走的下層控制系統(tǒng)，該下層控制系統(tǒng)與清洗機(jī)械臂2、CCD攝像頭4、照明和各傳感器以及CCD攝像頭分別相連接；下層控制系統(tǒng)通過電纜連接上位機(jī)，下層控制系統(tǒng)與上位機(jī)通信，上位機(jī)連接顯示器，上位機(jī)和下層控制系統(tǒng)通過電纜與動力源相連接。

蛇形機(jī)器人A整個機(jī)體材料為鋁合金ZALSI7Mg。關(guān)節(jié)之間的連接橡膠塊采用的是氯丁橡膠，材料本身具有優(yōu)良的抗氧、抗臭氧性，耐油、耐溶劑、耐酸堿以及耐老化性好等特點。輪子與機(jī)體之間的靜密封采用了耐堿、耐水、氣密性高的氯醇橡膠。此外，所有的緊固件、螺栓及螺母均為不銹鋼材料以提高蛇形機(jī)器人的使用壽命。

本實施例中，所述的清理機(jī)械臂2能夠根據(jù)雜物的種類更換。

所述驅(qū)動模塊9內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括輪軸901、從動錐齒輪902和主動錐齒輪905，其中從動錐齒輪902共有三個，呈圓周均勻分布；主動錐齒輪905由無刷電機(jī)帶動運轉(zhuǎn)，分別與三個從動錐齒輪902嚙合，以此實現(xiàn)車輪6的運動。

所述驅(qū)動模塊9按照實際情況增加串聯(lián)的數(shù)量，以提供更強(qiáng)的動力。

所述的螺旋槳11的直徑為10cm。

所述的首節(jié)5、車輪6、偏轉(zhuǎn)錐齒輪7、抬升圓筒關(guān)節(jié)8、驅(qū)動模塊9和尾節(jié)10關(guān)節(jié)之間安裝角度傳感器，實時檢測關(guān)節(jié)相對轉(zhuǎn)角。

所述的GPS定位傳感器采用GPS載波相位動態(tài)定位的卡爾曼濾波模型，以消除多方面的干擾，有效解決定位不準(zhǔn)確問題。

所述的螺旋槳11與尾節(jié)10內(nèi)部的驅(qū)動電機(jī)之間連接有光電管，由光電管測得其轉(zhuǎn)速來反饋給上位機(jī)。

所述的舵機(jī)1實現(xiàn)相對的橫向轉(zhuǎn)動和縱向旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)動的最大極限設(shè)置為30度。

所述的上位機(jī)和下位機(jī)的通信協(xié)議是RS-485。

參見圖8，本實施例的水陸兩棲多單元輪式管道機(jī)器人檢修系統(tǒng)的工作過程為：

在檢查井附近放有起吊裝置，保護(hù)現(xiàn)場，打開井蓋，將蛇形機(jī)器人從垂直的檢查井口送入水平的排水管道入口處。上位機(jī)、顯示器，動力源以及電纜收放盤放置在路面進(jìn)行作業(yè)。動力源可為蛇形機(jī)器人的移動、控制系統(tǒng)及傳感器提供動力；電纜內(nèi)包含控制信號線、電源線、視頻線，具有足夠的牽引力，為蛇形機(jī)器人提供安全保障。顯示器通過安裝在蛇形機(jī)器人的CCD攝像頭，實時地將管道內(nèi)的環(huán)境傳輸?shù)斤@示屏上以便操作者掌握。

蛇形機(jī)器人作業(yè)時，給蛇形機(jī)器人上的清洗機(jī)械臂2加裝合適的清洗工具，首先不帶清理工具由施工人員從井蓋下放置管道內(nèi)，在上位機(jī)控制下，蛇形機(jī)器人以車輪或螺旋漿驅(qū)動的方式在管道內(nèi)運動；蛇形機(jī)器人首節(jié)5內(nèi)置的煙霧傳感器、一氧化碳濃度傳感器探測管道內(nèi)氣體狀況，攝像頭4拍攝管道內(nèi)場景并由電纜線傳送到上位機(jī)界面上；待初步探明污物種類和數(shù)量，從井蓋中退回并有選擇的安裝相應(yīng)清理工具；隨后，管道機(jī)器人第二次進(jìn)入管道并清理，如果工作達(dá)標(biāo)，即可結(jié)束清洗，若遇到超出清理能力范圍的污物，則發(fā)送GPS坐標(biāo)置上位機(jī)，由人工垂直掘進(jìn)清理。直至工作達(dá)標(biāo)。

清洗機(jī)械臂2是利用機(jī)械裝置帶動軟軸(彈簧軟管)旋轉(zhuǎn)，深入管道進(jìn)行管道疏通。軟軸3為分段結(jié)構(gòu)，兩端有接頭，可以多根軟軸3接在一起使用，從而疏通較長距離的管道。根據(jù)疏通管道的直徑配備不同的鉆具(刀頭)進(jìn)行管道疏通，軟軸3采用65Mn特質(zhì)彈簧鋼絲為原材料，經(jīng)特殊工藝加工而成。堅固而有韌性，可以順利通過180度彎道或連續(xù)180度返水彎管。

地下水道的環(huán)境比較惡劣，由于長時間通風(fēng)不夠流暢等系列因素的影響，管道內(nèi)含有大量的有毒氣體，給管道的維修工作帶來了很大的麻煩，為此設(shè)計了煙霧傳感器、一氧化碳濃度傳感器以及煙霧檢測電路(圖9)和一氧化碳檢測電路(圖10)。

煙霧傳感器為離子型煙霧傳感器EG-YW12，它是基于放射性射線電離空氣所產(chǎn)生的微電流原理來探測煙霧濃度；一氧化碳傳感器為電化學(xué)式NAP-505，它的作用是探知管道內(nèi)的有害氣體情況，以此來判別該處管道是否適合管道維修人員下井對管道進(jìn)行維修，為維修人員提供安全的施工環(huán)境。

在首節(jié)5圓筒外部正上部安裝有CCD攝像頭4，鑒于陰暗的下水道環(huán)境，照明由安裝于首節(jié)5的兩個高功率燈泡提供。并且設(shè)置照明傳感器，能夠在光照比較低的情況下自動打開高功率燈泡。

參見圖5和圖6，蛇形機(jī)器人是一個具有內(nèi)在非線性的非完整約束動力學(xué)系統(tǒng)，其在彎道內(nèi)的運動是通過輪子轉(zhuǎn)動來完成的?；谀Ｐ偷膫鹘y(tǒng)設(shè)計方法都難以得到理想的控制效果，相反，基于學(xué)習(xí)的智能控制方法對移動機(jī)器人的路徑跟蹤控制則具有很多優(yōu)點，由于蛇形機(jī)器人采用了大量傳感器，其已經(jīng)成為了一個高維輸入控制系統(tǒng)。

本實施例中，蛇形機(jī)器人采用分層模糊控制方法將整個模糊控制器分解成兩層低維子控制器：即模糊速度控制器、模糊駕駛控制器。

蛇形機(jī)器人的動力學(xué)建模如下：

以蛇形機(jī)器人幾何中心為原點，{O,X,Y}代表蛇形機(jī)器人的慣性坐標(biāo)系,蛇形機(jī)器人上的固定坐標(biāo)系為{O_c,X_c,Y_c}，Y_c軸平行于關(guān)節(jié)運動方向，P＝(xyθ)^T表示蛇形機(jī)器人的位置，空間參數(shù)x和y分別表示蛇形機(jī)器人的位置坐標(biāo)，θ代表X和X_c之間的夾角。在X_c軸方向上的力平衡方程是

$m\frac{V_c^2}{R_c}={\mathrm{mv}}_c\mathrm{\ω}=F_3+F_4-F-F_2---\left(1\right)$

蛇形機(jī)器人的約束方程：

$\stackrel{\·}{X}cos(\mathrm{\θ}+\mathrm{\β})+\stackrel{\·}{Y}sin(\mathrm{\θ}+\mathrm{\β})=0---\left(2\right)$

系統(tǒng)動力學(xué)方程為：這里Z＝(XYθv₀ω)^T，U＝(αξ)^T，這里的和

定義蛇形機(jī)器人的驅(qū)動單元9為一節(jié)，抬升圓筒關(guān)節(jié)8處裝置有舵機(jī)1和偏轉(zhuǎn)錐齒輪7，通過舵機(jī)1的旋轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)錐齒輪7的嚙合來控制抬升圓筒關(guān)節(jié)8的旋轉(zhuǎn)角度，并以此來改變蛇形機(jī)器人的總體線形。假設(shè)蛇形機(jī)器人具有n個連桿，也即n-1個關(guān)節(jié)，則在蛇形機(jī)器人做平面上運動時，這個蛇形機(jī)器人將有n-2個自由度，其中n-2個時蛇形機(jī)器人形狀也即各關(guān)節(jié)之間的相對角度，另外為蛇形機(jī)器人在平面上的位置(x，y)，還有一個表示方位。

假設(shè)蛇形機(jī)器人為剛性連桿，且各連桿的質(zhì)心均位于連桿的中心。連桿的質(zhì)量為m_i，長度為2L_i，因此其轉(zhuǎn)動慣量為J＝m_i*l_i²/3。連桿與X軸的夾角為θ_i,定義逆時針方向為θ_i的正方向,其中心坐標(biāo)為(x_i，y_i)由于連桿質(zhì)量分布均勻，這也是連桿的質(zhì)心。連桿i與連桿i+1之間的夾角為定義分別以x_i、y_i,以及θ_i為基本元素的n維矩陣x、y和θ。

定義矩陣

e＝[1...1]_n*1^T，則相對轉(zhuǎn)角φ＝Dθ。

定義S_θ＝diag(sinθ₁，...，sinθ_n)，C_θ＝diag(cosθ₁，...，cosθ_n)，J＝diag(J₁，...，J_n)，M＝diag(m₁，...，m_n)，L＝diag(l₁，...，l_n)，H＝LA^T(DM^-1D^T)^-1AL，N＝M^-1D^T(DM^-1D^T)^-1AL。

蛇形機(jī)器人的控制內(nèi)容共分為：緊急控制、常態(tài)行走控制、作業(yè)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控控制。根據(jù)蛇形機(jī)器人操作特點，上下位機(jī)均采用順序結(jié)構(gòu)的流程進(jìn)行軟件設(shè)計。

蛇形機(jī)器人所用驅(qū)動電機(jī)的模糊PID控制系統(tǒng)，主要是基于下位機(jī)控制板采集到的驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動信號，它將這種轉(zhuǎn)動信號轉(zhuǎn)換成了電信號而被系統(tǒng)加以利用，利用該電信號可以反算出驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動情況，用計算出的轉(zhuǎn)動值與給定的轉(zhuǎn)動值做比較，兩者的差值提供給模糊PID控制系統(tǒng)，通過模糊控制器得出控制量U，將此控制量施加到L293D芯片上從而改變脈寬調(diào)制波的占空比，最終實現(xiàn)了對驅(qū)動電機(jī)的速度的控制。

模糊PID參數(shù)的整定的目標(biāo)是找出K_p,K_i,K_d三個參數(shù)，然后計算出這三個參數(shù)和誤差絕對值以及變化率之間的關(guān)系，在不斷檢測誤差絕對值和變化率絕對值的大小，在根據(jù)相應(yīng)的模糊控制規(guī)則在線調(diào)整K_p,K_i,K_d這三個參數(shù)的以保證與誤差實時相吻合，使得被控對象有很好的動態(tài)特性。將輸入量的誤差和定位記為E和EC，將輸出量定為K_p,K_i,K_d，將E和EC的子集記為：{NB,NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，并將誤差和誤差變化率進(jìn)行量化，量化區(qū)間為-3到3之間；同理將K_p,K_i,K_d也進(jìn)行量化，記為{ZO，PS，PM，PB}，量化區(qū)間為0到3之間。

水陸兩棲多單元輪式管道機(jī)器人的控制系統(tǒng)分為上位機(jī)控制系統(tǒng)和下位機(jī)控制系統(tǒng)，兩者的通信基于RS-485協(xié)議，采用串行異步通信方式。上位機(jī)主要是以ARM920T處理器為核心的硬件平臺，實現(xiàn)控制系統(tǒng)對操作人員的指令采集與轉(zhuǎn)換以及顯示管道內(nèi)的視頻圖像、讀取定位參數(shù)等；下位機(jī)是以兩片Atmega8單片機(jī)為核心處理器的硬件平臺，實現(xiàn)從上位機(jī)得到控制命令對爬行器進(jìn)行的姿態(tài)和照明系統(tǒng)的控制以及將傳感器采集的數(shù)據(jù)傳遞給上位機(jī)。

上位機(jī)軟件工作如圖11所示，下位機(jī)軟件工作如圖12所示。

蛇形機(jī)器人的抬升圓筒關(guān)節(jié)8之間由舵機(jī)1和偏轉(zhuǎn)錐齒輪7實現(xiàn)角度偏轉(zhuǎn)，舵機(jī)1的旋轉(zhuǎn)使得連接桿與模塊的夾角發(fā)生改變。差動驅(qū)動機(jī)構(gòu)類似于汽車的差速器的架構(gòu)設(shè)計，以便于蛇形機(jī)器人在轉(zhuǎn)向時更合理的分配驅(qū)動力，使得轉(zhuǎn)向靈活。

當(dāng)蛇形機(jī)器人在水中處于螺旋槳狀態(tài)工作時，可將車輪6替換成螺旋槳，此時兩側(cè)螺旋槳相連的電機(jī)轉(zhuǎn)速不同而造成蛇形機(jī)器人所受的側(cè)向力的改變，把電機(jī)轉(zhuǎn)速差值作為控制水中轉(zhuǎn)向的主要因變量。極端情況，緊急轉(zhuǎn)彎時可以設(shè)置外側(cè)螺旋槳轉(zhuǎn)速為最大值，內(nèi)側(cè)螺旋槳轉(zhuǎn)速為零，必要時也可以設(shè)置成反向，這樣使得轉(zhuǎn)向方便，容易控制。

蛇形機(jī)器人A的工作原理為舵機(jī)工作，帶動抬升圓筒關(guān)節(jié)偏轉(zhuǎn)、偏轉(zhuǎn)錐齒輪嚙合改變蛇形機(jī)器人整體的線型，因此蛇形機(jī)器人可以靈活通過復(fù)雜路況。同時，當(dāng)蛇形機(jī)器人在下水道充滿積水的路況下運動時，蛇形機(jī)器人又可以啟動螺旋槳工作模式，在末端模塊的螺旋槳的推動下前進(jìn)，在兩側(cè)螺旋槳的差速運行下擺動。兩種工作模式可自由切換。