履帶式管道清潔機器人嵌入式控制與通信系統(tǒng)的研究.pdf

1、管道清潔機器人可以替代人工有效解決中央空調(diào)通風(fēng)管道的檢測和清掃問題，提高樓宇室內(nèi)的空氣質(zhì)量，保護(hù)長期工作生活在空調(diào)環(huán)境中人們的身體健康。同時，管道清潔機器人作業(yè)效率高，事故發(fā)生概率小，也可用于其他多種管道的監(jiān)測維護(hù)工作，具有良好的應(yīng)用前景。 本文在總結(jié)已有管道機器人軟硬件與機構(gòu)設(shè)計的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一套較為完善的管道清潔機器人嵌入式控制與通信系統(tǒng)，可以使工作人員在較安全的地方遠(yuǎn)程控制管道清潔機器人對管道的檢測和清掃工作，同

2、時也可以通過事先設(shè)置參數(shù)，使機器人自主執(zhí)行作業(yè)任務(wù)，具有一定的智能化功能。該機器人采用了集中控制和分層控制相結(jié)合的設(shè)計方式，具有性能穩(wěn)定，實時性高，控制精確的特點，并為系統(tǒng)的維護(hù)和升級工作提供了方便。 結(jié)合由微控制器（MCU）、直流/步進(jìn)電機控制單元和傳感器信息采集單元組成的嵌入式控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)用戶命令的分層解釋與執(zhí)行，并靈活控制機器人的動作。本文采用了結(jié)構(gòu)簡單、處理速度快、適用與工業(yè)環(huán)境條件的RSIC型MSP430系列微控制

3、器，可高速處理通信系統(tǒng)上流動的控制命令與狀態(tài)信息，系統(tǒng)采用基于特定功能的模塊化設(shè)計，可滿足用戶對某特殊功能的要求，這是其他管道機器人所不具備的特點。 管道機器人運動功能豐富，對電機驅(qū)動系統(tǒng)有著特殊的要求。本文設(shè)計了體積小、效率高的集成化步進(jìn)電機和直流電機驅(qū)動系統(tǒng)，可協(xié)調(diào)控制不同電機的運動速度和輸出力矩，同時就如何實現(xiàn)電機控制方式的選擇做了深入的理論探討。 分層設(shè)計的嵌入式控制系統(tǒng)要求有分層的通信系統(tǒng)與之相配合。本文基于串

4、行通信方式的通信系統(tǒng)同樣遵循分層設(shè)計的思想，提出了上位PC機與機器人嵌入式控制系統(tǒng)的通信，操縱箱與機器人嵌入式控制系統(tǒng)的通信，以及嵌入式控制系統(tǒng)內(nèi)部控制模塊間的通信三個層次。保證了信息流至頂向下的傳輸路徑的通暢。 本文基于機器人硬件設(shè)計的軟件系統(tǒng)采用基于信息流的模塊化設(shè)計。其最顯著的特點是控制命令的三層解釋體系，即由上位機或操作用戶輸入的抽象控制命令到底層驅(qū)動部分的P口控制信號之間的解釋流程。與已有設(shè)計方式相比較，該方法具有代碼