基于网络控制的四轮驱动巡检小车的设计与应用

发布时间：2020-05-22 06:37

【摘要】：由于核电站内结构复杂、环境恶劣等因素，采用移动机器人代替人进行一些日常的巡检，设备维修，处理应急事务等，可大大降低核电站工作人员受辐射的程度和提高核电站的运行效率，带来巨大的经济效益。因此，研制机动灵活并能够远程控制的移动机器人已成为一种趋势。本文设计并制作了能够通过Internet远程控制的四轮驱动巡检小车。核电站内复杂的结构要求巡检小车的运动要有足够的灵活性，因此小车采用四轮驱动结构。论文完成了小车的机构设计及其控制电路设计。小车的硬件电路采用模块化设计，包括主控制器模块，电源模块，电机驱动模块，测速模块，通信模块，温度检测模块，辅助调试模块。为了实现对小车运动轨迹的精确控制，建立了小车四轮转速各异的滑动转向模型，将对小车车体速度和轨迹的控制转换到对四个车轮转速的控制上来。论文进行了小车轨迹控制的实际实验，实验结果表明小车能够按照期望的轨迹转弯或直线运行，在做圆周运动时误差在3%－5%之间。准确的数学模型是前提，有效的控制算法是关键。巡检小车的转速控制采用PID控制算法。PID控制器的性能主要由PID三个参数决定，传统的PID参数整定都是采用经验加试凑的方法，效率比较低，本文采用蚁群算法对PID参数进行寻优，可以快速找到系统的最优PID控制参数，优化系统性能和提高项目开发效率。实验结果表明，采用优化的PID参数能够使各个车轮的速度快速准确地跟随设定值，过渡时间为0.3s，无稳态误差，无超调。为实现小车的远程控制，在小车上装备了配有摄像头的WIFI模块，并自主设计了上位机远程控制客户端软件。通过客户端软件可以向小车发送控制指令，以Internet为信息通道来实现对小车的远程控制。巡检小车在任务现场实时采集视频，温度，小车速度等信息，通过Internet传递到上位机，，并在客户端实时显示。实验结果表明，在上位机可以流畅的显示任务现场的视频及各种其他信息，操作界面简洁且人性化，小车也能准确接收到上位机的控制命令，并按照命令进行相关运动。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP242;TM623

【参考文献】