基于UG的PIG檢測機器人仿真系統

梁志恒

摘 要：采用Visual C++及UG軟件的Open C API二次開發技術，構造一種與UG無縫集成的PIG管道檢測機器人仿真系統。該系統是包含人機接口層、作業管理層、UG支撐層的機器人作業仿真軟件體系結構，利用UG參數化造型技術，對PIG管道檢測機器人的各種檢測數據直接進行三維模型設計及仿真，可以提高PIG管道檢測機器人的整體性能。

關鍵詞：UG OPEN API；運動仿真；UG參數化造型；運動學分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.110

1 前言

目前，基于UG二次開發的PIG管道檢測機器人仿真系統在提高PIG管道檢測機器人仿真系統的整體性能方面已經開始有所應用。PIG管道檢測機器人系統應由移動載體、管道內部檢測系統、數據傳遞和動力傳輸系統及控制系統組成，其中控制系統是其核心部分，通過分析計算上述檢測數據，結合計算機仿真技術中的UG軟件的Open C API二次開發技術可以為管道清理機械執行裝置提供清理方式的選擇。同時還可以為系統提供評估依據等。

本文通過UG軟件的Open C API二次開發技術，構造了與UG軟件無縫集成的PIG管道檢測機器人仿真系統。

2 問題的提出

對于PIG管道檢測機器人來說，由于其在受限空間內運動，流場信息和機器人運動參數的檢測極為困難。特別是沒有機器人模型可供實驗，耗資很低的情況下，可以對大量特殊工況進行仿真。雖然通過數值仿真能夠求解出機器人周圍流場的基本信息和流場對機器人的驅動力，但是其中的計算方法和程序必須用實驗結果來檢驗其正確性和合理性，特別是像管道機器人這種具有復雜外表且在受限空間內的鈍體繞流，要進行精確模擬很困難。

為此，可以實時檢測PIG在管道流場下的運動規律與運動控制并基于通過無線透傳模塊輸出的各項數據精準地分析模擬出PIG管道檢測機器人在管道流場下的運動規律與運動控制，能夠解決諸如管內流場截斷；設備損毀；管內缺陷準確定位等問題的PIG管道檢測機器人得以實現。

3 PIG管道檢測機器人仿真系統的技術路線

因此，本項目具體的做法是從數值仿真和實驗研究兩方面著手，基本構想是利用UG參數化造型技術，對PIG管道檢測機器人的各種檢測數據直接進行三維模型設計及仿真，以數值模擬仿真求得管道機器人的流場結果，再用實驗來驗證數值仿真結果的正確性。

圖1是表示PIG管道檢測機器人仿真系統的總體結構的示意圖。

如圖1所示，該系統包括上位機管理系統和下位機管理系統，下位機管理系統對壓力變送器、編碼器、灰度傳感器、紅外線避障傳感器 、紅外線傳感器 、傾斜傳感器等數據采集器進行管理。上位機管理系統包括實時圖像顯示系統；控制器圖像采集模塊；水平控制模塊；運動控制模塊；UG仿真模塊；數據分析模塊；無線通信模塊等。

圖2是表示PIG管道檢測機器人仿真系統的實時運行狀態的示意圖。

該系統可以調整設置機器人速度、傾角傳感器、機器人角度、機器人位置等，可以實時輸出管道內的實時狀態，通過前后壓力傳感器的壓差可以判斷PIG機器人是否為進行狀態，探測障礙物是否存在，檢測是否在多個方向發生傾斜，檢測地面軌跡、路徑識別等。

然后，通過數據分析模塊利用UG技術對下位機系統的數據采集器采集到的各種檢測數據直接進行三維模型設計及系統仿真。可以提供PIG兩側壓力、實時坐標、移動距離、流動速度、尾翼位移量、尾翼調整速度等實時數據，分析壓力數據計算出堵塞程度，分析實時坐標及移動距離數據判斷出缺陷具體位置，分析尾翼位移量并參照形狀記憶合金體數據計算出缺陷具體類型，分析上述數據為拱體刀具的選擇提供仿真數據。

系統同時還具有實時性、動態性、安全性，可以動態分配當前所執行的任務。

4 結論

PIG管道檢測機器人仿真系統利用UG參數化造型技術，對PIG管道檢測機器人的各種檢測數據直接進行三維模型設計及仿真，可以提高PIG管道檢測機器人的整體性能。能夠準確地檢測到機器人的基本運動控制、圖像采集、水平檢測等運動仿真，可以實時檢測出管內流場截斷；檢測設備損毀；機器人卡堵；管內缺陷定位的準確性等問題。

該系統同時還具有可拓展性，不僅可以應用于管道檢測方面，還可以應用于例如醫療領域。

參考文獻：

[1]孔凡斌，姜培剛，宋玲玲.基于UG Open C的FANUC M-16iB/20工業機器人動態仿真[J].計算機應用與軟件，2008.

[2]郝礦榮，孟飛，朱玉蓉.基于OpenGL的機器人動態仿真[J].工業控制計算機，2009.endprint