危险复杂环境遥操作机器人测控系统研究

发布时间：2017-10-06 13:38

  本文关键词：危险复杂环境遥操作机器人测控系统研究

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【摘要】：随着机器人行业的大发展,机器人越来越多地代替人去执行和参与危险性工作,例如核电站巡检工作、反恐排爆工作、采样危险样品等等,人的生命安全也因此可以得到更好的保障。客观上对于机器人质量的要求也日益增加。本文设计了一款危险复杂环境的遥操作机器人,主要工作包括：机器人的整体架构设计、机器人机械结构设计、机器人测控系统硬件设计、软件设计、遥操作控制器设计、机器人应用实验测试。机械结构方面,根据机器人应用场合和环境的要求,提出机器人机械结构和导臂结构方案。介绍了机器人所搭载的四自由度机械臂和耐辐照摄像头。在此基础上,提出了机器人模块化、分布式设计方案,并对此方案的优势进行论证。测控系统设计方面,为了让机器人下位机有更好的处理计算能力,本文采用了基于ARM9架构的开发板Mini2440作为机器人的主控制器。在Linux环境下,用多线程编程思路设计主控器嵌入式软件,主控器用串口和其他模块进行通信,且加入UDP套接字编程,为Wifi控制下位机提供条件。基于UM220-Ⅲ芯片设计了机器人的GPS定位模块；基于MC9S12XDP512双核处理器,设计机器人运动模块,并移植μc/OS-Ⅱ实时操作系统,开发下位机嵌入式软件,其利用CAN总线的架构和其他执行模块进行通信；选用Mini IMU作为机器人的姿态传感器,并且在上位机上基于OpenGL技术设计了机器人姿态实时显示的软件。遥操作机器人控制器方面,设计了遥操作控制箱、操作摇杆和可穿戴手套三种操作机器人的控制器。根据使用场景的不同,分别介绍集成电台通信方式和Zigbee通信方式。针对实际应用,本文在Matlab里利用机器人俯仰角设计测算机器人运行高度变化的实验；利用激光雷达设计对障碍物宽度和楼梯梯度的估测的实验；利用GPS模块设计了寻找已知坐标地点的实验。最终,结合以上工作完成危险复杂遥操作机器人测控系统设计,对于设计中的一些不足和可改进的部分加以总结和展望。
【关键词】：遥操作机器人 嵌入式Linux μc/OS-Ⅱ 实时姿态反馈
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 国外研究动态11-12
• 1.2.2 国内研究动态12-15
• 1.3 目前复杂危险环境遥操作机器人研制存在的问题15
• 1.4 论文主要研究内容和组织结构15-18
• 1.4.1 论文主要研究内容15-16
• 1.4.2 论文的组织结构16-18
• 第二章 危险复杂环境遥操作机器人系统设计18-24
• 2.1 概述18-19
• 2.2 危险复杂环境遥操作机器人测控系统设计19-22
• 2.2.1 机器人本体机械结构19-20
• 2.2.2 搭载仪器20-22
• 2.3 机器人测控系统22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 机器人测控系统硬件设计24-36
• 3.1 概述24-25
• 3.2 机器人主控制器模块25-27
• 3.3 机器人GPS电路模块27-28
• 3.3.1 电平转换电路27-28
• 3.3.2 GPS电路28
• 3.4 机器人运动模块28-31
• 3.4.1 微控制器选型及介绍29-30
• 3.4.2 5V转3.3V电路介绍30
• 3.4.3 串口电路介绍30
• 3.4.4 CAN总线电路介绍30-31
• 3.5 机器人机械臂电机驱动模块31-33
• 3.5.1 微控制器选型及介绍31-32
• 3.5.2 驱动电路介绍32-33
• 3.6 姿态传感器模块介绍33-34
• 3.7 通信模块介绍34-35
• 3.7.1 军用电台介绍34
• 3.7.2 Zigbee通信模块介绍34-35
• 3.8 本章小结35-36
• 第四章 机器人测控系统软件设计36-60
• 4.1 概述36
• 4.2 机器人主控制器Linux嵌入式软件开发36-47
• 4.2.1 Linux开发环境搭建36-40
• 4.2.2 硬件驱动程序40-41
• 4.2.3 机器人主控制器软件设计41-47
• 4.3 机器人运动模块μc/oS-Ⅱ嵌入式软件开发47-56
• 4.3.1 μc/OS-Ⅱ嵌入式环境搭建47-52
• 4.3.2 运动模块嵌入式软件设计52-56
• 4.4 上位机姿态反馈软件设计56-58
• 4.4.1 OpenGL介绍56-57
• 4.4.2 导入机器人模型57
• 4.4.3 实时姿态反馈软件设计57-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第五章 机器人遥操作控制器60-68
• 5.1 概述60
• 5.2 便携式遥操作控制箱60-64
• 5.2.1 控制箱的基本要求60-61
• 5.2.2 控制箱硬件架构设计介绍61-62
• 5.2.3 控制面板信息采集硬件电路62-63
• 5.2.4 控制面板命令采集软件设计63-64
• 5.3 简易操作器介绍64-66
• 5.3.1 单手摇杆控制盒64-65
• 5.3.2 可穿戴手套控制器65-66
• 5.4 本章小结66-68
• 第六章 实验与应用68-76
• 6.1 实验概述68
• 6.2 陀螺仪估算障碍物高度实验68-70
• 6.3 激光雷达环境感知实验70-73
• 6.3.1 激光雷达障碍物通过测试70-72
• 6.3.2 激光雷达对楼梯倾斜度测试72-73
• 6.4 机器人GPS导航实验73-74
• 6.5 本章小结74-76
• 第七章 总结与展望76-78
• 7.1 总结76
• 7.2 展望76-78
• 致谢78-80
• 参考文献80-84
• 作者在学期间的成果84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 曹宇;宋爱国;纪鹏;郝小蕾;熊鹏文;;基于IMU模块的救援机器人姿态显示系统设计[J];电子测量技术;2015年11期

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4 包加桐;郭晏;唐鸿儒;宋爱国;;一种基于多特征聚类的粒子滤波跟踪算法[J];机器人;2011年05期

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本文编号：983080