原油换热器管道多达八百多根,管道定位机械手安装在换热器壳体内部,负责在换热器正常工作的同时对全部管道进行逐一的定位及清洗。由于换热器内部充满高温高压高黏度的原油,如果定位不准确,机械手末端的清洗头伸出后将会与管盘发生碰撞,造成十分严重的后果。因此按照何种方式清洗及精确的定位是亟待解决的问题。针对这一目标,本文将针对换热器的管道排布方案,确定遍历管道的清洗顺序;在此基础上设计控制器、位置反馈系统,然后确定控制系统的总体方案;设计试验台以便进行定位机械手的控制系统的调试;最后对整个定位系统的误差来源进行分析并对误差进行补偿,使定位机械手的定位更加精确。论文的主要内容如下:首先,设计了管道定位机械手清洗换热器管道的方案。根据清洗全部管道的要求,采用了改进的遗传算法对全部八百多根管道进行管道清洗顺序方案的设计,通过仿真实验确定了改进的遗传算法的有效性,并得到了最优的管道清洗顺序;在此之后采用S型曲线推导相邻管道之间的轨迹规划,并对轨迹规划进行了优化;对管道定位机械手进行运动学建模,并利用Robotics Toolbox模块验证了正逆运动学公式推导正确。换热器管道清洗方案的确定为定位控制系统的设计奠定了基础。其次,设计了管道定位机械手的位置控制系统。对控制器进行了分析及建模,并采用Simulink对三种典型的PID控制算法进行仿真,得到了最优控制方法;为了精确定位,采用三路拉线传感器构建了位置反馈系统,利用几何的方法推导出了管道定位机械手末端的位置坐标;最终采用PC+PLC的方式构建了位置控制系统的总体方案。最后,设计了试验台并完成了系统误差的分析及补偿。为了方便进行定位控制系统的调试,设计了用于控制系统调试的试验台方案。在明确试验台的功能和结构要求后,设计了定位机械手的机械结构、驱动系统、材料选型等内容,并基于ANSYS软件对定位机械手的关键零部件进行仿真分析,验证了定位机械手的可行性。为了保证机械手的精确定位,分析了系统各方面的误差来源,采用微分法推导了定位机械手末端的位姿误差,将末端定位误差分配到两个旋转关节进行误差补偿,消除系统定位误差。