輪式管道機(jī)器人，的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)。對(duì)單個(gè)輪子、輪式移動(dòng)機(jī)器人在管道曲面上的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性及控制理論方面分析很少，需要建立*套關(guān)于輪式管道機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的理論。
Campion等人在前人研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)輪式移動(dòng)機(jī)器人在水平平整路面上的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了分析，*結(jié)了四種狀態(tài)空間模型:二位姿運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，位形運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，位姿動(dòng)力學(xué)模型，位形動(dòng)力學(xué)模型。Karl Iagnemma等人分析了輪子與地面不是剛性條件下，地面為不規(guī)則路面時(shí)，輪子與地面的各種接觸情況，*建立不廠套基于輪子與地面接觸特性的模型理論。但上述模型前提假設(shè)是輪子和地面是不可變形的，地面是規(guī)則的水平路面。當(dāng)輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行在圓管中時(shí)，由于圓管管內(nèi)環(huán)境是三維的曲面環(huán)境，輪式移動(dòng)機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行在*個(gè)空間曲面上，所以上述模型不能應(yīng)用于圓管中的輪式移動(dòng)機(jī)器人。
      由于輪式清污機(jī)器人在圓管中作業(yè)時(shí)運(yùn)行在三維的空間中，其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和平面上輪式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型*不同，需要在考慮幾何約束和速度約束的前提下，分析輪式移動(dòng)機(jī)器人的控制輸入與機(jī)器人位姿坐標(biāo)變化之間的關(guān)系，建立其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。日前，*外輪式管道機(jī)器人的研究熱點(diǎn)主要是提*輪式管道機(jī)器人的可控性、通過性，機(jī)器人朝著自主行駛作業(yè)的方向發(fā)展。雖然很多學(xué)者從結(jié)構(gòu)方面提*了機(jī)器人的性能，但對(duì)輪式移動(dòng)機(jī)器人在圓管中的運(yùn)動(dòng)控制論方面還缺乏深入系統(tǒng)的分析。所以需要根據(jù)該運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，設(shè)計(jì)相應(yīng)的算法，使機(jī)器人在圓中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制為滿足工程應(yīng)用的需要。
對(duì)于輪式排水管道機(jī)器人，除了從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材料選型需要下功夫之外，主要的*問題在于建立輪式機(jī)器人在圓管中的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制算法，使機(jī)器人能夠自主行駛作業(yè)，也能夠根據(jù)姿態(tài)信息，手工操作控制其保持水平行駛作業(yè)，不出現(xiàn)側(cè)翻、卡死、驅(qū)動(dòng)力不足，有良好的可控性。
     為了建立輪式機(jī)器人在圓管中的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，解決以下4個(gè)問題，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制算法從理論上需要解決：
(1) 單個(gè)輪子在管道曲面上的任意位姿時(shí)輪心的瞬時(shí)速度，輪心的軌跡單個(gè)輪子在管道中運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的*問題在于對(duì)其位姿的描述卜以及其在滿足純滾動(dòng)和無側(cè)滑條件下輪心的速度。
(2) 分析輪式移動(dòng)機(jī)器人在管道曲面的幾何約束，推導(dǎo)出6個(gè)位姿坐標(biāo)之間的關(guān)系
輪式機(jī)器人在管道中運(yùn)行在三維的柱面環(huán)境中，其位姿坐標(biāo)從平面上的3維變成了空間的6維。但由于機(jī)器人在管道中運(yùn)行時(shí)，具有特定的幾何約束tY這6個(gè)位姿坐標(biāo)并不是互相獨(dú)立的，所以有必要推導(dǎo)出這6個(gè)位姿坐標(biāo)之間的關(guān)系。
(3) 建立輪式移動(dòng)機(jī)器人在圓管曲面上的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，推導(dǎo)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的難點(diǎn)在于如何建立控制輸天與位姿坐標(biāo)變化率之間的關(guān)系。機(jī)器人的控制輸入直接影響輪心的速度，而輪心確定了機(jī)器人剛體的速度，所以需要分析機(jī)器人剛體與輪心速度之間的關(guān)系。這*問題的實(shí)質(zhì)在于推導(dǎo)機(jī)器人瞬時(shí)螺旋運(yùn)動(dòng)參數(shù)和控制輸入的關(guān)系，導(dǎo)機(jī)器人的位姿變化率與控制輸入之間的關(guān)系。
(4) 根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和作業(yè)要求卜設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制率，使機(jī)器人在管道中能夠保持水平行駛，根據(jù)已經(jīng)建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，把姿態(tài)角作為狀態(tài)變量，通過姿態(tài)傳感器的反饋，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制率，控制機(jī)器人在管道中按照要求的姿態(tài)行駛。運(yùn)動(dòng)學(xué)模型主要用來設(shè)計(jì)控制率和運(yùn)用李雅普諾夫(Lyapunov)函數(shù)對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

管道CCTV檢測(cè)機(jī)器人是*款基于工控機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，采用筆記本電腦代替?zhèn)鹘y(tǒng)主控。在檢測(cè)過程中，抓取缺陷圖片，檢測(cè)完成后，可立即得到檢測(cè)報(bào)告。此外，可以在檢測(cè)的過程中實(shí)時(shí)獲取管道的坡度曲線，以此判斷管道內(nèi)部沉積情況。使用魚眼鏡頭并結(jié)合“PipePano管道全景檢測(cè)視頻分析軟件”可生成管道內(nèi)壁的全景圖像，以便進(jìn)行更加精細(xì)、可量化（測(cè)量管徑、裂縫寬度等）的分析和判讀。