Leak detection and water quality monitoring are requirements and challenging tasks in Water Distribution Systems (WDS). In-line robots are designed for this aim. In our previous work, we designed an in-pipe robot [1]. In this research, we present the design of the central processor, characterize and control the robot based on the condition of operation in a highly pressurized environment of pipelines with the presence of high-speed flow. To this aim, an extreme operation condition is simulated with computational fluid dynamics (CFD) and the spring mechanism is characterized to ensure sufficient stabilizing force during operation based on the extreme operating condition. Also, an end-to-end method is suggested for power considerations for our robot that calculates minimum battery capacity and operation duration in the extreme operating condition. Finally, we design a novel LQR-PID based controller based on the system auxiliary matrices that retain the robot stability inside the pipeline against disturbances and uncertainties during operation. The ADAMS-MATLAB co-simulation of the robot-controller shows the rotational velocity with -4 degree/sec and +3 degree/sec margin around x, y, and z axes while the system tracks different desired velocities in pipelines (i.e. 0.12m/s, 0.17m/s, and 0.35m/s). Also, experimental results for four iterations in a 14-inch diameter PVC pipe show that the controller brings initial values of stabilizing states to zero and oscillate around it with a margin of 2 degrees and the system tracks desired velocities of 0.1m/s, 0.2m/s, 0.3m/s, and 0.35m/s in which makes the robot dexterous in uncertain and highly disturbed the environment of pipelines during operation.


翻译:渗漏检测和水质监测是配水系统(WDS)的要求和具有挑战性的任务。线上机器人是为此设计而成的。在先前的工作中,我们设计了一个内管机器人[1]。在这个研究中,我们展示了中央处理器的设计,根据高压管道环境中的操作条件,并存在高速流,对机器人进行定性和控制。为此,模拟了一个极端的操作条件,包括计算流动态(CFD)和弹簧机制,以确保根据极端作业条件在操作期间有足够的稳定力。此外,为了考虑计算极端作业条件下最小电池容量和运行时间长度的机器人,我们提出了终端到终端的方法。最后,我们根据系统辅助矩阵设计了一个新的LQR-PID,使机器人在管道内保持稳定性,防止运行过程中的扰动和不确定性。ADAMMS-MATLAB对机器人控制器14的模拟显示旋转速度,以-4度/sec值和+3度/sec值的运行速度速度,在X、y-Mell5的轨道和4个直径轨道/直径轨道上,同时显示其轨道/直径轨道/直径轨道/直径。

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