阶梯攀爬机器人的控制系统研究

发布时间：2017-10-26 22:01

  本文关键词：阶梯攀爬机器人的控制系统研究

  更多相关文章： 阶梯攀爬机器人 控制系统 模糊控制 滑模控制 远程控制

【摘要】：随着机器人技术的发展,各种各样的机器人已经被广泛应用在各行各业当中。近年来,移动机器人发展迅速,针对不同用途,机器人越来越向专业化发展。阶梯攀爬机器人作为一种专门针对楼梯环境的机器人,在助老助残轮椅以及货物搬运等领域有很强的实用价值,得到了国内外研究人员的广泛关注。其中,控制系统作为机器人的核心,对整个机器人的性能起到非常重要的作用。因此,设计一种专门应用在楼宇环境中的阶梯攀爬机器人,并控制它实现自主避障与翻越阶梯,具有重要的研究价值。本文针对阶梯攀爬机器人的控制系统,进行研究开发。通过对阶梯攀爬机器人的机械结构与运动特点进行分析,制定机器人的控制系统结构。根据控制系统结构方案,研究控制系统各模块的功能原理,设计包括处理器模块、驱动模块、传感器模块、人机交互模块和电源模块的阶梯攀爬机器人硬件结构。基于控制系统的工作模式,对机器人的控制算法进行研究。采用模糊输出控制量与权值,权值协调控制量,使机器人能够在实际情况下,根据检测到障碍物或楼梯做出相应的动作,完成自主避障与阶梯识别;并利用终端滑模控制方法,对机器人攀爬阶梯过程进行速度跟踪控制,使控制系统状态收敛于滑动模态,保证机器人平稳地攀爬阶梯。在硬件与控制方法的基础上,使用Code Warrior对控制系统进行软件程序设计,并使用QT开发远程控制软件,实现对阶梯攀爬机器人的远程监控。通过样机实验,验证阶梯攀爬机器人可以通过远程控制软件进行控制模式切换,实现自主决策与远程控制的功能。
【关键词】：阶梯攀爬机器人 控制系统 模糊控制 滑模控制 远程控制
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-13
• 第1章 绪论13-20
• 1.1 机器人的发展历程与趋势13-15
• 1.2 服务机器人的研究现状15-16
• 1.3 阶梯攀爬机器人的研究现状与发展16-17
• 1.4 阶梯攀爬机器人控制系统的研究现状与发展17-18
• 1.5 论文研究的主要意义与内容18-20
• 1.5.1 研究意义18-19
• 1.5.2 研究内容19-20
• 第2章 阶梯攀爬机器人的控制系统结构20-24
• 2.1 引言20
• 2.2 阶梯攀爬机器人的机械结构20-22
• 2.3 阶梯攀爬机器人控制系统的功能分析22
• 2.4 阶梯攀爬机器人的控制方案设计22-23
• 2.4.1 阶梯攀爬机器人控制系统的总体方案22-23
• 2.4.2 控制系统的结构形式23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 阶梯攀爬机器人的控制系统硬件设计24-34
• 3.1 引言24
• 3.2 阶梯攀爬机器人控制系统的硬件结构24
• 3.3 处理器模块24-27
• 3.3.1 MC9S12XS128的功能结构24-25
• 3.3.2 MC9S12XS128的最小系统25-27
• 3.4 传感器模块27-31
• 3.4.1 超声波传感器27-29
• 3.4.2 红外传感器29-30
• 3.4.3 霍尔传感器30-31
• 3.5 人机交互模块31
• 3.5.1 无线网络通信31
• 3.5.2 外设接口31
• 3.6 驱动模块31-33
• 3.6.1 驱动电机31-32
• 3.6.2 舵机32-33
• 3.7 电源模块33
• 3.8 本章小结33-34
• 第4章 阶梯攀爬机器人的运动控制与速度控制34-49
• 4.1 引言34
• 4.2 运动控制34-40
• 4.2.1 运动控制策略34-35
• 4.2.2 避障控制器35-37
• 4.2.3 阶梯识别控制器37-39
• 4.2.4 权值公式39
• 4.2.5 仿真实验39-40
• 4.3 速度控制40-48
• 4.3.1 动力学建模40-42
• 4.3.2 平稳点分析42
• 4.3.3 终端滑模控制42-46
• 4.3.4 仿真实验46-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第5章 阶梯攀爬机器人控制系统的软件设计49-61
• 5.1 引言49
• 5.2 控制系统的软件总体结构49-50
• 5.3 控制系统的程序50-55
• 5.3.1 主程序50-52
• 5.3.2 中断子程序52-53
• 5.3.3 主要功能程序53-55
• 5.4 远程控制软件55-58
• 5.4.1 GUI设计55
• 5.4.2 远程通信与控制实现55-58
• 5.4.3 远程控制软件测试58
• 5.5 样机实验58-60
• 5.5.1 自主决策实验58-59
• 5.5.2 远程控制实验59-60
• 5.6 本章小结60-61
• 总结与展望61-63
• 研究总结61-62
• 研究展望62-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邓宗全;岳明;;球形机器人的发展概况综述[J];机器人技术与应用;2006年03期

2 海丹;张辉;韩大鹏;郑志强;;一种全方位爬缆机器人的设计与分析[J];机电工程;2009年01期

3 唐建华;周晓燕;;机器人技术在中餐菜肴生产中的发展和应用研究[J];食品科技;2009年12期

4 彭朔;王磊;;核电站检修机器人的研究现状及分析[J];中国电力教育;2009年S2期

5 刘海波;;国外机器人技术的发展背景、模式、现状分析及其前景展望[J];机械与电子;1985年04期

6 张关富;;机器人概述[J];控制工程;1985年03期

7 陆际联;李根深;;机器人发展史[J];机器人情报;1994年01期

8 刘安心，杨廷力;用连续法求一类混合链机器人机构的全部位置正解[J];机器人;1995年03期

9 齐伯文,崔岩,林彬;建筑业中应用机器人的前景[J];黑龙江电子技术;1995年03期

10 李元宗,史贵柱,武利生;管内步伐式行走机器人[J];机器人;1998年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李琳;张铁;叶凯麟;谢存禧;;比赛用手动机器人机构的设计与制作[A];第11届粤港机械电子工程技术与应用研讨会论文汇编[C];2010年

2 马书根;;中国有必要用机器人吗?——多关节机器人的开发[A];信息科学与微电子技术:中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年

3 李立;张登材;刘朝晖;陈永;;周期信号扰动法应用于机器人机构混沌运动的控制[A];第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C];2004年

4 王凯军;应鸿;鲁守银;;高压带电作业机器人的开发背景及技术动向[A];浙江电力科学发展[C];2005年

5 董亚超;秦余新;刘青松;钱建华;向文元;;福岛核事故后核电站救援机器人研发现状和特征[A];中国核学会核能动力分会2013年学术研讨会论文集[C];2013年

6 芮执元;许巍;;电解质一级清理机器人的运动学分析与仿真[A];全国冶金自动化信息网2010年年会论文集[C];2010年

7 姜莹;郭小萍;赵娟平;;一种全方位移动型下肢康复训练机器人的研制[A];第十一届沈阳科学学术年会暨中国汽车产业集聚区发展与合作论坛论文集（信息科学与工程技术分册）[C];2014年

8 贾磊;李贻斌;王孝红;扬超英;隋青美;吴耀华;张承进;;第十七篇 自动化工程[A];2007-2008山东省学科发展报告[C];2008年

9 徐勇明;张培仁;郑旭东;;四轮F180型机器人的设计与控制方法[A];2004中国机器人足球比赛暨学术研讨会论文集[C];2004年

10 徐礼钜;吴朝彬;雷勇;吴江;;七重修正四面体变几何桁架机器人的间接位置分析[A];第十三届全国机构学学术研讨会论文集[C];2002年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 李将辉;机器人需求逐年增长 产业化需多方合力[N];中国高新技术产业导报;2009年

2 谈大龙 卢桂章 贾培发;迈向二十一世纪的中国机器人[N];科技日报;2000年

3 记者 胡斌;哈工大机器人“走”出实验室[N];人民日报海外版;2000年

4 郑东鸿 于海;机器人 工业生产的“生力军”[N];国际经贸消息;2002年

5 本报记者 夏杰生 王庆;中国机器人 构筑新生活[N];中国冶金报;2001年

6 记者　朱伟光　通讯员　刘培香;一批有自主知识产权的机器人在哈工大诞生[N];光明日报;2005年

7 ;给机器人插上理想[N];徐州日报;2006年

8 本报记者 杨晓东;云南智能型烟叶开包机实现多项突破[N];云南科技报;2008年

9 本报记者 王彦;给机器人以灵性[N];黑龙江日报;2005年

10 记者 熊燕;智能型烟叶开包机在滇研发成功[N];云南日报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 阎宏伟;气动单足机器人垂直跳跃动态特性的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 白阳;重心自调整的全方位运动轮椅机器人技术研究[D];北京理工大学;2016年

3 王猛;仿青蛙跳跃机器人的研制[D];哈尔滨工业大学;2009年

4 杨清梅;基于数据融合的拱泥机器人检测系统研究[D];哈尔滨工程大学;2003年

5 张忠林;“穿地龙”机器人转向机构与位姿检测研究[D];哈尔滨工程大学;2006年

6 薛颂东;面向目标搜索的群机器人协调控制及其仿真研究[D];兰州理工大学;2009年

7 张连存;布设式机器人抗过载机构及差异化的人机交互研究[D];北京理工大学;2015年

8 项宏伟;便携式可变形履带式机器人的机构设计与运动研究[D];沈阳工业大学;2015年

9 卜迟武;风机叶片打磨机器人的控制研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

10 毛世鑫;辐射对称仿生柔体机器人协同推进机理及实现技术[D];中国科学技术大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 左辉;军用球形机器人的概念研究及工作特性分析[D];南京理工大学;2009年

2 宋岩;一种尺蠖式爬行机器人的研究[D];重庆大学;2007年

3 巩喜然;爬楼梯载人轮椅机器人技术研究[D];河北联合大学;2014年

4 王晓芸;轮腿复合式救援机器人机构分析与仿真[D];燕山大学;2015年

5 王玉博;下肢步态康复训练机器人的设计与分析[D];燕山大学;2015年

6 范泽峰;床式下肢康复训练机器人结构研究[D];苏州大学;2015年

7 张臣;基于嵌入式技术的移动机器人智能控制系统设计与实现[D];沈阳理工大学;2015年

8 何笑寒;核电站救灾机器人轨迹规划与跟踪[D];上海交通大学;2015年

9 李思齐;基于ODE的四足机器人动力学仿真平台研究与实现[D];山东大学;2015年

10 赵龙;独轮机器人动力学建模及力矩控制研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

，

本文编号：1100604