基于UG的PIG检测机器人仿真系统

梁志恒

摘 要：采用Visual C++及UG软件的Open C API二次开发技术，构造一种与UG无缝集成的PIG管道检测机器人仿真系统。该系统是包含人机接口层、作业管理层、UG支撑层的机器人作业仿真软件体系结构，利用UG参数化造型技术，对PIG管道检测机器人的各种检测数据直接进行三维模型设计及仿真，可以提高PIG管道检测机器人的整体性能。

关键词：UG OPEN API；运动仿真；UG参数化造型；运动学分析

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

1 前言

目前，基于UG二次开发的PIG管道檢测机器人仿真系统在提高PIG管道检测机器人仿真系统的整体性能方面已经开始有所应用。PIG管道检测机器人系统应由移动载体、管道内部检测系统、数据传递和动力传输系统及控制系统组成，其中控制系统是其核心部分，通过分析计算上述检测数据，结合计算机仿真技术中的UG软件的Open C API二次开发技术可以为管道清理机械执行装置提供清理方式的选择。同时还可以为系统提供评估依据等。

本文通过UG软件的Open C API二次开发技术，构造了与UG软件无缝集成的PIG管道检测机器人仿真系统。

2 问题的提出

对于PIG管道检测机器人来说，由于其在受限空间内运动，流场信息和机器人运动参数的检测极为困难。特别是没有机器人模型可供实验，耗资很低的情况下，可以对大量特殊工况进行仿真。虽然通过数值仿真能够求解出机器人周围流场的基本信息和流场对机器人的驱动力，但是其中的计算方法和程序必须用实验结果来检验其正确性和合理性，特别是像管道机器人这种具有复杂外表且在受限空间内的钝体绕流，要进行精确模拟很困难。

为此，可以实时检测PIG在管道流场下的运动规律与运动控制并基于通过无线透传模块输出的各项数据精准地分析模拟出PIG管道检测机器人在管道流场下的运动规律与运动控制，能够解决诸如管内流场截断；设备损毁；管内缺陷准确定位等问题的PIG管道检测机器人得以实现。

3 PIG管道检测机器人仿真系统的技术路线

因此，本项目具体的做法是从数值仿真和实验研究两方面着手，基本构想是利用UG参数化造型技术，对PIG管道检测机器人的各种检测数据直接进行三维模型设计及仿真，以数值模拟仿真求得管道机器人的流场结果，再用实验来验证数值仿真结果的正确性。

图1是表示PIG管道检测机器人仿真系统的总体结构的示意图。

如图1所示，该系统包括上位机管理系统和下位机管理系统，下位机管理系统对压力变送器、编码器、灰度传感器、红外线避障传感器 、红外线传感器 、倾斜传感器等数据采集器进行管理。上位机管理系统包括实时图像显示系统；控制器图像采集模块；水平控制模块；运动控制模块；UG仿真模块；数据分析模块；无线通信模块等。

图2是表示PIG管道检测机器人仿真系统的实时运行状态的示意图。

该系统可以调整设置机器人速度、倾角传感器、机器人角度、机器人位置等，可以实时输出管道内的实时状态，通过前后压力传感器的压差可以判断PIG机器人是否为进行状态，探测障碍物是否存在，检测是否在多个方向发生倾斜，检测地面轨迹、路径识别等。

然后，通过数据分析模块利用UG技术对下位机系统的数据采集器采集到的各种检测数据直接进行三维模型设计及系统仿真。可以提供PIG两侧压力、实时坐标、移动距离、流动速度、尾翼位移量、尾翼调整速度等实时数据，分析压力数据计算出堵塞程度，分析实时坐标及移动距离数据判断出缺陷具体位置，分析尾翼位移量并参照形状记忆合金体数据计算出缺陷具体类型，分析上述数据为拱体刀具的选择提供仿真数据。

系统同时还具有实时性、动态性、安全性，可以动态分配当前所执行的任务。

4 结论

PIG管道检测机器人仿真系统利用UG参数化造型技术，对PIG管道检测机器人的各种检测数据直接进行三维模型设计及仿真，可以提高PIG管道检测机器人的整体性能。能够准确地检测到机器人的基本运动控制、图像采集、水平检测等运动仿真，可以实时检测出管内流场截断；检测设备损毁；机器人卡堵；管内缺陷定位的准确性等问题。

该系统同时还具有可拓展性，不仅可以应用于管道检测方面，还可以应用于例如医疗领域。

参考文献：

[1]孔凡斌，姜培刚，宋玲玲.基于UG Open C的FANUC M-16iB/20工业机器人动态仿真[J].计算机应用与软件，2008.

[2]郝矿荣，孟飞，朱玉蓉.基于OpenGL的机器人动态仿真[J].工业控制计算机，2009.endprint