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小型消防机器人分析与设计

作　者: 孙姜旭
导　师: 李真芳; 刘思伟
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 消防机器人履带数传 DSP
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 72次
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内容摘要

机器人作为20世纪人类最伟大的发明之一，自上世纪60年代初问世以来，经历了50多年的发展，取得了长足的进步。机器人技术已经深深影响和改变着我们的生活。随着国民经济迅速而稳步增长，各类工业得到了迅速发展，但各类危险场所的火灾以及由火灾引发的事故也随之不断发生，已成为现代火灾扑救的一大难题。同时，消防人员在抢险救援时存在许多弊端。因此，研究一种实用的能替代消防救援人员遥控进入危险灾害现场进行探测和救援的消防机器人，保障消防人员的人身安全，帮助消防人员更好的制定消防策略，是非常紧迫和必须的。本文介绍了一种新型的消防机器人，绪论部分介绍了消防机器人研究的背景和意义，当今国内外消防机器人的研究状况，消防机器人的分类及主要技术特征以及消防机器人的发展方向。机械结构设计主要包括机器人车体结构的设计、移动平台的构型，机械手臂机构的选择，驱动方式的选择，重点进行了电机和减速机构力矩和功率的计算和选型。控制系统硬件设计详细介绍了DSP最小系统模块、输入输出模块、信号采集模块、串口通信模块和电机驱动模块的电路设计。软件部分则根据上下位机分别讨论了控制软件的总体结构，系统软件的工作原理、无线通信流程、行走控制、信息采集、云台控制、辅助控制等子模块。为了提高软件的可靠性，文章还提出了在软件上增加抗干扰性的方法—设置软件陷阱和设置看门狗模块。本研究能应用于公安、武警和部队等消防部门，为军用机器人科研和生产提供技术参考，具有比较高的使用价值和学术价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-17
  1.1 论文研究的目的和意义  7
  1.2 国内外发展状况  7-14
    1.2.1 日本的消防机器人研究现状  8-10
    1.2.2 美国的消防机器人研究现状  10-12
    1.2.3 我国的消防机器人研究现状  12-14
  1.3 消防机器人的分类及主要技术特征  14
  1.4 消防机器人发展方向  14-15
  1.5 本课题研究内容  15
  1.6 机器人设计要求  15-16
  1.7 本章小结  16-17
第二章机械结构设计分析  17-35
  2.1 机构的分析  18-22
    2.1.1 移动平台构型  18-20
    2.1.2 机械臂构型  20-21
    2.1.3 手爪的构型  21-22
  2.2 驱动模块的设计  22-27
    2.2.1 驱动方式的选择  22-24
    2.2.2 传动减速方式的选择  24-27
      2.2.2.1 行星齿轮减速器  24-25
      2.2.2.2 谐波减速器  25
      2.2.2.3 蜗杆传动  25-26
      2.2.2.4 滚珠丝杠传动  26-27
  2.3 电机的选择  27-33
    2.3.1 车体电机的选择  28-30
    2.3.2 机械臂电机的选择  30-33
  2.4 本章小结  33-35
第三章控制系统硬件设计  35-57
  3.1 运动控制系统总体设计  36-37
  3.2 各种控制器方案比较  37-42
    3.2.1 单片机  37-38
    3.2.2 PLC  38
    3.2.3 嵌入式单板机  38-39
    3.2.4 DSP  39-40
    3.2.5 控制器方案总结  40-41
    3.2.6 TMS320LF2407A 简介  41-42
  3.3 控制系统硬件设计  42-56
    3.3.1 DSP 最小系统模块  42-44
    3.3.2 输入输出模块  44-46
    3.3.3 无线通信模块  46-50
      3.3.3.1 电平转换电路  46-47
      3.3.3.2 数传模块  47-50
    3.3.4 电位器模块  50
    3.3.5 电机驱动模块  50-54
      3.3.5.1 H 桥电路原理  51
      3.3.5.2 器件选型及电路设计  51-54
      3.3.5.3 L298N 驱动  54
    3.3.6 硬件的抗干扰设计  54-56
      3.3.6.1 电源的抗干扰设计  55
      3.3.6.2 PCB 的抗干扰设计  55-56
  3.4 本章小结  56-57
第四章控制系统软件设计  57-65
  4.1 软件设计总体结构  57-58
  4.2 上位机部分  58-59
  4.3 下位机部分  59-62
    4.3.1 行走控制模块  60
    4.3.2 现场信息采集模块  60-61
    4.3.3 云台控制模块  61
    4.3.4 辅助控制模块  61
    4.3.5 串口通信模块  61-62
  4.4 软件的抗干扰措施  62-63
  4.5 本章小结  63-65
第五章调试与结果分析  65-67
第六章结论与展望  67-69
致谢  69-71
参考文献  71-72

小型消防机器人分析与设计

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