Water Distribution Systems(WDS) are critical infrastructures that deliver potable water to residential areas. Incidents to pipelines cause water loss and contamination in pipelines. Hence, water quality monitoring is one of the requirements for utility managers to ensure the health of water. However, it is challenging to access all parts of the WDS since they are long and comprise pipes with different configurations and sizes. In this paper, we propose a size-adaptable and modular in-pipe robot so-called SmartCrawler that works based on wheel wall press mechanism. We develop a two-phase motion control algorithm that enables reliable motion in straight and non-straight configurations of in-service pipelines. The controller in phase 1 stabilizes the robot in the straight paths and tracks the desired velocity with high-level linear quadratic regulator (LQR) and low-level proportional-integral-derivative (PID) based controllers. The controller in phase 2 with a designed error-check submodule and velocity controller, enables the robot to steer to the desired directions at non-straight configurations. The performance of the two-phase controller is evaluated with experimental and simulation results. Wireless underground communication is a challenging task for underground applications. We propose a bi-directional wireless sensor module based on active radio frequency identification (RFID) that works in 434MHz carrier frequency and evaluate its performance with experimental results. At the end of this work, we design the printed circuit board (PCB) for the SmartCrawler that embeds the electronic components in a confined and sealed environment. The simulation and the experimental results prove the proposed robotic system can be used for in pipe missions where wireless communication is needed to communicate with the robot during operation.


翻译:供水分配系统(WDS)是向住宅区提供饮用水的关键基础设施。管道事故导致输水管道造成水损耗和污染。因此,水质监测是公用事业经理确保水健康的一项要求。然而,由于水分配系统各部分是长的,由不同配置和大小的管道组成,因此很难进入其所有部分。在本文中,我们提议一个规模可调适和模块化的管道内机器人,即所谓的SmartCrawler。我们开发了两阶段运动控制算法,以便能够在直线和非直线管道的配置中进行可靠的运动。第一阶段控制器将机器人稳定在直径路径,并用高线性线性二次调调调水管(LQR)和低度成比例性能-异性管管管管管。我们提出一个规模可调整和模块内的控制器,设计错误校准子模块和速度控制器,使机器人能够在非直线式输油管道配置中遵循理想的方向方向。在两阶段运行的机器人在直径线路路管管管线路路段内稳定机器人,用直径路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路

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