爬壁機器人運動控制及定位研究.pdf

1、密級桂林電子科技大學碩士學位論文（全日制專業(yè)學位碩士）（全日制專業(yè)學位碩士）題目爬壁機器人運動控制及定位研究（英文）（英文）ResearchonMotionControlLocalizationofWallclimbingRobot研究生學號:1208520330研究生姓名:王力指導教師姓名、職務(wù)指導教師姓名、職務(wù):談恩民申請學位門類:工程碩士學科、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摘要爬壁機器人屬于特種機器人，是機器人研究領(lǐng)域的一個重要方向，涉及機械設(shè)計、電子技術(shù)、控制論和仿生學等多個學科，是一種智能科技產(chǎn)物。爬壁機器人具有獨特的吸附和移動機構(gòu)，能夠在垂直壁面上行走，借以代替人工在復(fù)雜或危險環(huán)境下完成作業(yè)任務(wù)，有很高的應(yīng)用價值。本文針對核電站蒸汽發(fā)生器管板清潔度檢測的需求，對爬壁機器人運動控制及定位技術(shù)開展了研究。首先，論文概述了爬壁機器人的機械結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成。針對爬壁機器人兩個不同軸線驅(qū)動輪的結(jié)構(gòu)特點，運用運

3、動學理論建立了爬壁機器人移動平臺的運動學方程，得出了爬壁機器人線速度和角速度與兩驅(qū)動輪之間的關(guān)系。同時，運用DH方法，建立了機械臂各連桿坐標系，推導出了爬壁機器人機械臂的運動學模型，為爬壁機器人的位置姿態(tài)控制提供了理論依據(jù)。其次，根據(jù)爬壁機器人系統(tǒng)設(shè)計方案和作業(yè)任務(wù)要求，按照模塊化結(jié)構(gòu)思想，設(shè)計了爬壁機器人的硬件控制系統(tǒng)。主要包括爬壁機器人電源系統(tǒng)電路、微控制器最小系統(tǒng)電路、電機驅(qū)動及閉環(huán)檢測電路和傳感器系統(tǒng)電路的設(shè)計，詳細介紹了各個模

4、塊的芯片選型和電路圖。最后，論文示例說明了爬壁機器人控制系統(tǒng)主從設(shè)備之間通信遵循的協(xié)議標準。為提高爬壁機器人運動控制精度，研究了直流電機調(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)合爬壁機器人運動學方程和傳感器系統(tǒng)，研究了基于卡爾曼濾波的多傳感器融合定位技術(shù)。并且通過實驗驗證了爬壁機器人硬件電路設(shè)計的可靠性，測試了電機位置、速度和電流閉環(huán)控制的響應(yīng)性能，在MATLAB環(huán)境下仿真驗證了多傳感器融合技術(shù)的定位效