为了解决管道检测的难题，工程人员创造性的研发出了管道机器人。管道机器人属于特种机器人的一种，具有独特的运动结构，可以实现在变半径管道内的前进、后退、90度转弯功能。管道机器人可携带多种传感器和CCD高清摄像机，在操作人员的控制下，可以完成管壁探伤、管内信息采集的功能。有的管道机器人还配备了一些执行机构（如机械手，焊接装置，喷涂装置等），以完成简单的管壁修复作业[2]。

经过30多年的发展，管道机器人的应用已经渗透到工业生产、航空航天、城市保障、楼宇清洁、医疗服务等诸多领域，尤其是对一些特殊环境，如下水管道、空调通风管道、高温高压管道、油气管道等，表现出极强的适应性，极大提高了管道运输的性能，改善了人类工作环境的质量。

本课题的主要目的是研究一种基于螺旋线驱动的，利用槽型光耦定位、具有视觉传输、管内信息采集、管壁探伤功能的新型管道机器人控制及通讯方案。

1。2  管道机器人的发展历史及研究现状

1。2。1  管道机器人国外研究现状

1。2。2  管道机器人国内研究现状

1。3论文内容概述

本文在广泛的资料搜集和整理的基础上，论述了国内外管道机器人的研究现状和相关关键技术，实现了螺旋驱动式管道检测机器人的控制系统的设计和仿真。

全文共分为六章，具体内容如下：

第一章 绪论。总体介绍本课题设定的背景和意义、国内外研究现状，简要概述了管道机器人的应用前景。

第二章 总体方案设计。首先结合管道机器人机械结构和工作环境，得出了总体的控制要求。然后根据控制系统要求提出了系统的总体设计方案。最后，详细阐述了研究进程的主要步骤。

第三章 硬件电路设计。具体介绍了管道机器人控制系统的硬件电路构成并分析了重要芯片选型的合理性。重点介绍了PCB板的设计过程和通信硬件电路的设计。最后叙述了硬件电路外围模块的接口、部分外围功能模块（包括CCD摄像头、温湿度传感器、超声波传感器等）的选型和应用。

第四章 软件设计。本章分为上位机软件设计、通信系统软件设计和下位机软件设计。其中上位机软件设计分为通讯协议、数据处理、指令控制三个部分进行介绍。下位机软件部分则分为指令接收、数据处理两个部分进行介绍。

第五章 仿真调试与分析。本章分为重要模块模拟测试和搭载机械结构综合测试两个部分。主要展示了本课题的实验成果和作品的综合性能。

第六章 结论与展望。指出了目标控制系统优点和实际的应用价值。对管道机器人的后续改进方向进行了展望。

第二章  总体方案设计

本章针对管道机器人控制系统的特点，结合目标机械结构，提出了目标系统的总体方案：本系统利用LABVIEW作为上位机软件平台，以无线串口通信和局域网通信作为信息传输通道、以ARDUINO系列单片机作为下位机控制系统载体，实现对螺旋式管道机器人运动控制、信息采集、处理、储存、显示等一系列具体功能。

2。1 管道机器人控制系统特点分析

管道机器人主要分为以下两个部分：

（1）移动载体。移动载体是基于管道工况，具有较强的通过性、能够承担功能系统负载的高性能移动平台。移动载体需要能够在管道环境中稳定、灵活运动。

（2）功能设备。功能设备是管道机器人实现管内作业的装置，主要包含两个部分：检测设备和执行设备。其中，检测设备能够完成管内信息搜集、处理、上传的任务，由温、湿度传感器、有害气体传感器、超声波探伤传感器、CCD高清摄像头等构成。执行设备能够在工程人员的控制下，对管道穿孔、堵塞、裂缝区域进行简单处理作业，主要包括：焊接器、机械手、清扫装置、喷涂装置等。