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非等径垂直管道机器人控制系统研究
作 者: 郭文利
导 师: 毛立民
学 校: 东华大学
专 业: 机械电子工程
关键词: 管道机器人 RS485 DSP 运动控制
分类号: TP242
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 37次
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内容摘要
管道机器人的研究有着广泛的应用前景和社会需求,可以应用于石油、天然气、化工、核工业、楼宇等管道。因此,研究在非结构环境下,具有运行平稳、适应性强等特点的管道机器人具有重要的意义和研究价值。首先,针对管道机器人管内运动力学的有关问题进行了详细的分析研究,包括机器人的管内运动阻力、管径主动适应、牵引力与径向调节运动控制及电机选用等问题其次,结合机器人功能需求、机械系统特性和控制系统可行性分析,确定了基于“PC+DSP运动控制板+驱动器”的开放式控制系统总体设计方案。它将控制系统的规划+伺服闭环+放大器有层次、模块化地体现出来,在决策规划、任务分级控制、实时性等方面优势明显。根据控制系统的整体架构,设计了机器人控制系统的硬件平台,包括控制部件的选型和底层控制系统电路设计,并提出了模块化的软件设计思想,完成了上位机控制决策软件、DSP运动控制软件及RS485通信流程设计。针对机器人在管道中的弯道通过及其控制问题,在基于机器人在转弯过程中的阻力负载特性分析的基础上,提出了独立协调转弯的控制策略。最后,对管道机器人系统进行了相关实验,实验结果证明了机器人的硬件系统和软件系统的有效性,同时验证了管道机器人的各项运行指标基本达到任务要求。
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全文目录
摘要 5-6 ABSTRACT 6-9 第一章 绪论 9-17 1.1 引言 9 1.2 管道机器人的研究现状 9-16 1.3 课题研究的内容和意义 16 1.4 本章小结 16-17 第二章 机器人的机械系统特性及运动力学分析 17-36 2.1 引言 17 2.2 管道机器人机械系统特性分析 17-21 2.2.1 管道机器人机械本体 17-19 2.2.2 机构设计创新点 19 2.2.3 管道机器人主要技术指标 19-20 2.2.4 非等径垂直管道机器人作业环境 20-21 2.3 管内运动阻力分析 21-26 2.3.1 爬坡阻力 21 2.3.2 地面变形阻力 21-22 2.3.3 履带装置运行内阻力 22 2.3.4 外部行使阻力 22 2.3.5 拖缆作业阻力 22-23 2.3.6 弯道阻力 23-26 2.3.7 总阻力估算 26 2.4 主动管径适应 26-29 2.5 功率的计算和电机的选择 29-33 2.5.1 行走机构所需功率的计算和电机的选择 30-32 2.5.2 支撑机构所需功率的计算和电机的选择 32-33 2.6 牵引力与径向调节运动控制 33-35 2.7 本章小结 35-36 第三章 管道机器人控制系统硬件设计 36-48 3.1 引言 36 3.2 控制系统可行性分析 36-37 3.3 控制系统体系结构 37-38 3.4 管道机器人控制系统硬件设计 38-47 3.4.1 控制系统部件的选型 38-41 3.4.2 控制电路设计 41-47 3.5 本章小结 47-48 第四章 管道机器人控制系统软件设计 48-62 4.1 引言 48 4.2 控制系统软件架构 48-49 4.3 上位机控制决策软件 49-54 4.3.1 基本运动控制模块 49-50 4.3.2 串口通信协议 50-52 4.3.3 图像采集模块 52-53 4.3.4 上位机软件界面 53-54 4.4 DSP运动控制软件 54-61 4.4.1 主控模块 54-55 4.4.2 电机控制模块 55-57 4.4.3 传感器控制模块 57-58 4.4.4 串口通信模块 58-61 4.5 本章小结 61-62 第五章 机器人管内运动与控制策略 62-68 5.1 引言 62 5.2 管道机器人控制结构 62 5.3 运动控制策略 62-65 5.4 速度协调模型 65-66 5.5 机器人独立驱动协调控制 66-67 5.6 本章小结 67-68 第六章 实验与分析 68-74 6.1 引言 68 6.2 闭环参数选择 68-69 6.3 电源防反接仿真 69-70 6.4 调节臂压缩弹簧标定实验 70-71 6.5 机器人运行实验 71-73 6.6 本章小结 73-74 第七章 结论与展望 74-75 7.1 结论 74 7.2 展望 74-75 参考文献 75-78 攻读硕士学位期间发表的学术论文 78-79 致谢 79
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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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