消防機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其控制系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步快速增長(zhǎng)，各類工業(yè)得到了快速發(fā)展，而由此引發(fā)的火災(zāi)事故也一直呈顯上升趨勢(shì)。面對(duì)高溫、黑暗、有毒和濃煙的高?；饒?chǎng)環(huán)境，消防人員很難掌握火場(chǎng)內(nèi)的情況，在不明險(xiǎn)情的情況下貿(mào)然進(jìn)入事故現(xiàn)場(chǎng)極易造成無(wú)謂的傷亡。如今，新的消防法規(guī)的頒布又使得火災(zāi)救援成為消防部隊(duì)不可推卸的法定義務(wù)。因而，研制消防機(jī)器人，保證消防人員的人身安全，順利完成救災(zāi)任務(wù)，變得十分緊迫與必要。
　　本文首先介紹了消防機(jī)器人的研究背景和意義，國(guó)內(nèi)

2、外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題，闡述了消防機(jī)器人發(fā)展中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。在作業(yè)需求分析的基礎(chǔ)上，提出了消防機(jī)器人車體和機(jī)械臂結(jié)構(gòu)方案，設(shè)計(jì)出一種能夠?qū)Σ灰?guī)則作業(yè)面自適應(yīng)的四自由度的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，并對(duì)機(jī)械臂臂長(zhǎng)、小臂內(nèi)機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，依據(jù)機(jī)械臂最大受力位姿狀態(tài)對(duì)機(jī)器人電機(jī)進(jìn)行了選型計(jì)算。
　　基于D-H法建立了消防機(jī)器人機(jī)械臂連桿坐標(biāo)系，建立了機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和逆解模型。在MATLAB軟件環(huán)境中，以軟件特

3、有機(jī)器人工具箱建立機(jī)械臂仿真模型，對(duì)手臂正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行仿真和分析，驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)參數(shù)的合理性；運(yùn)用蒙特卡洛法對(duì)機(jī)器人工作空間進(jìn)行了分析。
　　最后，對(duì)消防機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件和軟件部分進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，硬件部分根據(jù)實(shí)際需要對(duì)DSP芯片最小系統(tǒng)模塊、操作模塊、無(wú)線通訊模塊、電機(jī)的控制模塊、關(guān)節(jié)位置信息模塊進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)；軟件部分根據(jù)功能要求，對(duì)軟件總體結(jié)構(gòu)，上下位機(jī)程序流程及各相關(guān)軟件子模塊進(jìn)行了探討。為提高系統(tǒng)抗干擾性，從硬件和軟件方面提