消防機器人結構設計及其控制系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，隨著我國國民經濟穩(wěn)步快速增長，各類工業(yè)得到了快速發(fā)展，而由此引發(fā)的火災事故也一直呈顯上升趨勢。面對高溫、黑暗、有毒和濃煙的高?；饒霏h(huán)境，消防人員很難掌握火場內的情況，在不明險情的情況下貿然進入事故現(xiàn)場極易造成無謂的傷亡。如今，新的消防法規(guī)的頒布又使得火災救援成為消防部隊不可推卸的法定義務。因而，研制消防機器人，保證消防人員的人身安全，順利完成救災任務，變得十分緊迫與必要。
　　本文首先介紹了消防機器人的研究背景和意義，國內

2、外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢和發(fā)展過程中存在的問題，闡述了消防機器人發(fā)展中需要解決的關鍵技術問題。在作業(yè)需求分析的基礎上，提出了消防機器人車體和機械臂結構方案，設計出一種能夠對不規(guī)則作業(yè)面自適應的四自由度的機械臂結構，并對機械臂臂長、小臂內機構等機構參數(shù)進行了優(yōu)化，依據機械臂最大受力位姿狀態(tài)對機器人電機進行了選型計算。
　　基于D-H法建立了消防機器人機械臂連桿坐標系，建立了機械臂運動學正解和逆解模型。在MATLAB軟件環(huán)境中，以軟件特

3、有機器人工具箱建立機械臂仿真模型，對手臂正逆運動學進行仿真和分析，驗證了機構參數(shù)的合理性；運用蒙特卡洛法對機器人工作空間進行了分析。
　　最后，對消防機器人控制系統(tǒng)硬件和軟件部分進行了總體設計，硬件部分根據實際需要對DSP芯片最小系統(tǒng)模塊、操作模塊、無線通訊模塊、電機的控制模塊、關節(jié)位置信息模塊進行了電路設計；軟件部分根據功能要求，對軟件總體結構，上下位機程序流程及各相關軟件子模塊進行了探討。為提高系統(tǒng)抗干擾性，從硬件和軟件方面提