油气田巡检机器人三层协同控制系统研究

来源：计算机测量与控制杂志2025年第10期北京时间：

作者：胡佑东,朱豫川,王旭

单位：中国石油西南油气田公司蜀南气矿

摘要：为提升油气田复杂地形环境下巡检机器人的运动稳定性与环境适应性，增强其越障能力，该研究对三层协同控制架构及其在油气田巡检机器人系统中的应用进行了深入分析。其采用D-H参数法构建关节坐标系链，生成位移控制矩阵以实现高精度定位；结合五次多项式轨迹与模型预测控制滚动优化，实时抑制横滚与俯仰振动；融合栅格高程感知模型，优化落脚点序列以最小化路径坡度，最终构建感知-控制闭环系统，显著提升了机器人在陡坡与沟壑地形中的稳定性和自适应能力。实验测试表明，该控制系统有效改善了机器人的转向不稳定和轨迹偏移问题，机身姿态波动范围不超过0.02 rad，动态稳定测试中俯仰角摆动接近0 rad，爬坡误差率低于2.5%，表现出优良的控制性能与环境适应性。该研究所构建的三层协同控制系统为油气田高危环境下的机器人安全巡检提供了可靠的技术支撑，显著提升了其在复杂环境中的越障能力。

关键词：运动学;机器人;多项式轨迹;姿态角;控制;环境感知;自适应

基金资助：西南油气田分公司蜀南气矿2024年科学研究与技术开发项目，编号：2024KS011