应急响应地面移动机器人控制系统设计与实现

发布时间：2017-05-09 11:10

  本文关键词：应急响应地面移动机器人控制系统设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着农业生产的机械化,农村剩余劳动力向城市转移,城市人口密度增大,一旦城市中发生突发事件,如地震、火灾等,将严重威胁人们的生命安全。本文针对处理城市突发事件的六履带四摆臂履带式移动机器人,设计机器人的控制系统,并实现机器人的遥操作。首先,简要介绍了六履带四摆臂履带式移动机器人本体结构,并对机器人越障能力进行分析,包括越障高度分析、攀爬斜坡分析、跨越沟道分析。对机器人进行运动学分析,为后文机器人控制策略提供理论支持。通过判断机器人的质心能否越过障碍物重要边线来确定机器人的越障能力。机器人的质心及其外形轮廓在斜面上的投影有共同的交点时,机器人能够自稳定,不会发生侧翻。其次,设计机器人控制系统的硬件。为满足机器人的遥操作控制,本文将机器人的地面站设计为两个:一个地面站用于研究阶段机器人调试,一个地面站用于实际运用中实现遥操作。对机器人的电机选型、电机驱动器选型和EtherCAT网络搭建方法作了详细说明。再次,设计机器人控制系统的软件。介绍EtherCAT网络通信的特点。在QNX实时操作系统上实现EtherCAT网络通信,并设计机器人的控制软件。运用模块化的思想,将机器人的控制程序分成七个模块:通信模块、协议解析模块、驱动器通信模块、算法模块、姿态位置数据模块、键盘控制模块、数据状态信息模块。各个模块之间通过共享内存的方式进行通信,保证了各个模块之间能够同时共享数据,并对数据进行处理。在单个模块中又通过线程成的方法对进程进行细化,保证程序的独立性和可移植性。最后,实验测试。通过调试地面站通信测试、远程地面站通信测试、电机位置控制测试和综合测试,结果表明该机器人控制系统稳定、可靠,满足设计要求。
【关键词】：履带式机器人 QNX EtherCAT网络 遥操作
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 移动机器人研究现状12-17
• 1.2.1 国外研究现状13-16
• 1.2.2 国内研究现状16-17
• 1.3 论文的主要内容和章节安排17-19
• 第2章 移动机器人运动能力分析19-28
• 2.1 机器人本体结构介绍19-20
• 2.2 六履带四摆臂移动机器人越障能力分析20-26
• 2.2.1 六履带四摆臂移动机器人的质心21-23
• 2.2.2 机器人越障高度分析23-24
• 2.2.3 机器人攀爬斜坡分析24-25
• 2.2.4 机器人跨越沟道分析25-26
• 2.3 机器人运动学分析26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 机器人控制系统设计28-44
• 3.1 控制系统硬件设计28-31
• 3.1.1 控制系统硬件总体设计28-29
• 3.1.2 电源分配29-31
• 3.1.3 数据传输结构31
• 3.2 机器人本体控制器31-32
• 3.3 机器人行驶阻力分析与电机选型32-37
• 3.3.1 机器人行驶阻力分析32-33
• 3.3.2 电机选型33-35
• 3.3.3 编码器选型35-37
• 3.4 驱动器选择37-40
• 3.4.1 ELMO电机驱动器介绍37-39
• 3.4.2 ELMO电机驱动器接口电路设计39-40
• 3.5 电机驱动器参数配置40-42
• 3.6 EtherCAT网络搭建连线方法42-43
• 3.7 本章小结43-44
• 第4章 机器人软件系统设计44-69
• 4.1 工业现场总线EtherCAT网络通信44-46
• 4.1.1 TCP通信与EtherCAT通信44-45
• 4.1.2 EtherCAT主站网络配置45-46
• 4.2 软件系统设计46-53
• 4.2.1 操作系统选择46-49
• 4.2.2 QNX系统开发环境49
• 4.2.3 进程与线程的关系49-51
• 4.2.4 进程间通信51-52
• 4.2.5 中断服务52-53
• 4.3 控制系统软件模块化设计53-68
• 4.3.1 软件总体设计53-57
• 4.3.2 通信模块57-59
• 4.3.3 协议解析模块59-60
• 4.3.4 驱动器通信模块60-63
• 4.3.5 算法模块63-66
• 4.3.6 姿态位置数据模块66-67
• 4.3.7 键盘控制模块67
• 4.3.8 数据状态信息模块67-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第5章 综合实验研究69-73
• 5.1 通信验证69-70
• 5.1.1 调试地面在通信验证69
• 5.1.2 远程地面站通信验证69-70
• 5.2 摆臂电机位置调试70-72
• 5.3 越障能力测试72
• 5.4 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果78-79
• 致谢79-80

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