縱深 | 新型磁吸附輪式機器人定位、規(guī)劃與控制算法

摘要

核電站的安全殼作為最后一道安全屏障，具有至關(guān)重要的保護作用。傳統(tǒng)的人工焊縫巡檢效率低且具有一定的危險性，因此，機器人替代人工進行焊縫巡檢具有重要的現(xiàn)實意義。以磁吸附輪式機器人為研究對象，針對其在復(fù)雜壁面環(huán)境中的定位、路徑規(guī)劃與控制展開了系統(tǒng)研究。首先，介紹磁吸附輪式機器人懸架結(jié)構(gòu)，并提出了一種基于機器人內(nèi)部傳感器的定位算法，并結(jié)合焊縫分布地圖與驅(qū)動力矩指標，設(shè)計了一種改進的遺傳算法用于焊縫遍歷路徑規(guī)劃。該方法優(yōu)于傳統(tǒng)的Fleury算法，能夠提高路徑的平穩(wěn)性和經(jīng)濟性。針對恒定磁吸附力的局限性，提出了基于改進的深度確定性策略梯度(DDPG)算法的動態(tài)磁吸附力控制策略。使用MuJoCo、Gym和PyTorch搭建了機器人仿真環(huán)境，對不同磁吸附力條件下的機器人運動進行了模擬。通過改進的DDPG算法設(shè)計了動態(tài)磁吸附力控制策略，確保在足夠磁吸附力的前提下，能有效降低能耗并提高穩(wěn)定性。提出了基于YOLOv8的焊縫識別算法，并在機器人樣機中進行了整機實驗驗證。最后，選擇YOLOv8作為焊縫識別算法，并將訓(xùn)練后的模型部署至機器人中。研究成果為核電站、大型儲罐、船舶舷側(cè)等鐵磁性結(jié)構(gòu)的安全運維提供了一種高效、低風險的智能化解決方案，對推動我國核能、石化、船舶等行業(yè)的機器人化檢測與維護具有重要示范意義和產(chǎn)業(yè)化推廣價值。

責任編輯：趙子祎

責任校對：惲海艷

審　　核：張　彤

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