爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制及定位研究.pdf

1、密級(jí)桂林電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文（全日制專業(yè)學(xué)位碩士）（全日制專業(yè)學(xué)位碩士）題目爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制及定位研究（英文）（英文）ResearchonMotionControlLocalizationofWallclimbingRobot研究生學(xué)號(hào):1208520330研究生姓名:王力指導(dǎo)教師姓名、職務(wù)指導(dǎo)教師姓名、職務(wù):談恩民申請學(xué)位門類:工程碩士學(xué)科、專科、專業(yè)名稱:儀器儀表工程提交論文日期:2015年4月論文答辯日期:2015年6月摘要

2、I摘要爬壁機(jī)器人屬于特種機(jī)器人，是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方向，涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、電子技術(shù)、控制論和仿生學(xué)等多個(gè)學(xué)科，是一種智能科技產(chǎn)物。爬壁機(jī)器人具有獨(dú)特的吸附和移動(dòng)機(jī)構(gòu)，能夠在垂直壁面上行走，借以代替人工在復(fù)雜或危險(xiǎn)環(huán)境下完成作業(yè)任務(wù)，有很高的應(yīng)用價(jià)值。本文針對(duì)核電站蒸汽發(fā)生器管板清潔度檢測的需求，對(duì)爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制及定位技術(shù)開展了研究。首先，論文概述了爬壁機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成。針對(duì)爬壁機(jī)器人兩個(gè)不同軸線驅(qū)動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用運(yùn)

3、動(dòng)學(xué)理論建立了爬壁機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，得出了爬壁機(jī)器人線速度和角速度與兩驅(qū)動(dòng)輪之間的關(guān)系。同時(shí)，運(yùn)用DH方法，建立了機(jī)械臂各連桿坐標(biāo)系，推導(dǎo)出了爬壁機(jī)器人機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，為爬壁機(jī)器人的位置姿態(tài)控制提供了理論依據(jù)。其次，根據(jù)爬壁機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和作業(yè)任務(wù)要求，按照模塊化結(jié)構(gòu)思想，設(shè)計(jì)了爬壁機(jī)器人的硬件控制系統(tǒng)。主要包括爬壁機(jī)器人電源系統(tǒng)電路、微控制器最小系統(tǒng)電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及閉環(huán)檢測電路和傳感器系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了各個(gè)模

4、塊的芯片選型和電路圖。最后，論文示例說明了爬壁機(jī)器人控制系統(tǒng)主從設(shè)備之間通信遵循的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。為提高爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制精度，研究了直流電機(jī)調(diào)速控制方法和PID控制算法，采用了位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)閉環(huán)控制策略。結(jié)合爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和傳感器系統(tǒng)，研究了基于卡爾曼濾波的多傳感器融合定位技術(shù)。并且通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了爬壁機(jī)器人硬件電路設(shè)計(jì)的可靠性，測試了電機(jī)位置、速度和電流閉環(huán)控制的響應(yīng)性能，在MATLAB環(huán)境下仿真驗(yàn)證了多傳感器融合技術(shù)的定位效