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磁吸附爬壁机器人的软件控制系统研究

作　者: 杨艳云
导　师: 曲大成
学　校: 北京理工大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 爬壁机器人 机器人控制 软件控制系统 多任务 串口通信 人机界面
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


爬壁机器人在高空、高危工作环境中的作用日益凸显,而控制系统又相当于是机器人的“大脑”,在整个机器人系统中起着非常重要的作用,本文的研究目的旨在为爬壁机器人设计出一个稳定的、准确的、可靠的软件控制系统。该爬壁机器人是用于风机塔筒焊缝检测的爬壁机器人,本文在其机械本体结构的基础上,设计了上、下位机两层控制结构,并完成上、下位机软件控制系统的设计和实现,以及上、下位机之间的通信。上位机软件控制系统,其实质是设计一个人机界面,通过串口并遵守相关命令字协议给爬壁机器人发送命令控制其运动和一部分任务操作;下位机软件控制系统,是在移植了μC/ OS-II操作系统的微处理器上进行编程,采用多任务实现对爬壁机器人自身运动、姿态的控制和系统需要完成的所有任务。上位机软件控制系统采用Visual C++的MFC来实现一个人机交互界面,并采用MSComm控件来实现串口通信,发送命令和接收反馈信息。下位机软件控制系统采用C语言在IAR Embedded Workbench IDE的C编译器中编程、调试,实现对机器人的运动控制和系统任务。为了实现上、下位机软件控制系统之间的通信,本文制定了专门的、规范的命令字协议。在整个软件控制系统中,机器人运动控制、任务操作、状态信息的反馈都要遵循该协议中的命令字。设计专门的命令字协议,不仅规范了软件编程过程,而且便于以后爬壁机器人系统功能模块的扩展。本论文完成了磁吸附爬壁机器人软件控制系统的设计和实现,并在爬壁机器人本体上实验运行测试成功。软件控制系统功能有效,控制准确,为以后同类爬壁机器人软件控制系统的研究奠定了基础。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-21
  1.1 本论文的研究背景  11-12
    1.1.1 研究意义  11
    1.1.2 研究目的  11-12
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  12-17
    1.2.1 磁吸附爬壁机器人国外研究现状  13-14
    1.2.2 磁吸附爬壁机器人国内研究现状  14-16
    1.2.3 爬壁机器人发展趋势  16-17
  1.3 爬壁机器人的控制系统  17-19
    1.3.1 机器人软件控制策略  17-18
    1.3.2 爬壁机器人控制系统设计  18-19
  1.4 本文的研究内容  19-20
  1.5 本章小结  20-21
第2章 嵌入式实时操作系统 UC/ OS-Ⅱ  21-31
  2.1 μC/ OS-Ⅱ 体系结构  21-22
    2.1.1 μC/ OS-Ⅱ 与处理器无关的代码  21
    2.1.2 与应用程序相关的代码  21-22
    2.1.3 与处理器相关的代码  22
  2.2 μC/ OS-Ⅱ 的任务  22-26
    2.2.1 μC/ OS-Ⅱ 任务的结构  23
    2.2.2 μC/ OS-Ⅱ 任务的状态  23-25
    2.2.3 μC/ OS-Ⅱ 任务优先级  25
    2.2.4 μC/ OS-Ⅱ 系统任务  25-26
  2.3 μC/ OS-Ⅱ 的任务管理  26-29
    2.3.1 创建任务  26-28
    2.3.2 挂起和恢复任务  28
    2.3.3 任务优先级别修改  28
    2.3.4 任务删除  28-29
  2.4 μC/ OS-Ⅱ 的初始化和启动  29
    2.4.1 初始化分析  29
    2.4.2 启动分析  29
  2.5 本章小结  29-31
第3章 风机塔筒焊缝自动检测爬壁机器人  31-36
  3.1 风机塔筒焊缝自动检测爬壁机器人概况  31-32
  3.2 控制系统组成及功能  32-35
    3.2.1 下位机软件控制系统组成  32-33
    3.2.2 上位机软件控制系统组成  33-34
    3.2.3 控制系统需要实现的功能  34-35
  3.3 本章小结  35-36
第4章 爬壁机器人软件控制系统  36-53
  4.1 上位机软件控制系统的实现  36-39
    4.1.1 串口通信  36-37
    4.1.2 人机交互界面  37-39
  4.2 上下位机之间的通信  39-41
    4.2.1 串口通信命令字设计  39
    4.2.2 上下位机之间通信的实现  39-41
  4.3 下位机应用程序规划  41-45
    4.3.1 下位机多任务程序结构  42-43
    4.3.2 μC/ OS-Ⅱ 在 LM3S2965 上的移植  43-45
  4.4 下位机控制程序任务划分  45-52
  4.5 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-56
致谢  56

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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