学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

微型爬壁机器人运动控制的无线通信系统研究

作　者: 周为
导　师: 秦岚
学　校: 重庆大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 微型爬壁机器人无线通信嵌入式操作系统人机交互
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 4次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本文在863计划项目微型步行爬壁机器人研究的基础上，针对机器人研究的问题及需要，结合微型机器人的特点，提出并设计制作了适用于本机器人的无线测控平台，以实现对机器人的无缆化控制操作。本论文的研究过程做了以下工作：研究了国内外爬壁机器人的现状及爬壁机器人所需的关键技术，结合本课题中微型爬壁机器人的设计技术指标和驱动控制方法，制作了微型机器人各个部分的零件并组装成实体。设计制作的机器人总尺寸按照20mm*20mm*30mm标准，采用新型电磁单层驱动方式。根据对机器人运动的分析，讨论了运动控制方法和步态控制时序，推导机器人运动学模型，分析了机器人运动速度、运动模式与步态间的关系，为机器人无线控制系统设计奠定基础。针对机器人特点和机器人无缆化的要求，开发制作无线控制系统，该系统采用双控制器控制，即基于51单片机的机器人控制部分和基于ARM内核的远程主控部分。机器人控制部分采用锂聚合物电池供电，以51单片机为嵌入式控制核心，L9110芯片做驱动电路，根据机器人运动步态特点，设计硬件电路并开发了运动控制的时序并对其进行了仿真。机器人主控平台采用ARM+Linux结构，完成嵌入式交叉编译环境的搭建，搭建嵌入式软件开发平台，为ARM嵌入式板s3c2440编译并移植嵌入式Linux操作系统，开发Linux设备驱动程序，介绍并开发了Qt/Embedded程序，为机器人操作提供简单、直观的人机交互界面，方便实现对机器人的操作，满足便携式需求。两部分通过无线互联，在综合比较各通信方式的基础上，采用2.4GHz射频通信模块nRF24L01作为无线通信核心，该模块具有体积小、通信速度快，抗干扰能力强，携带数据量大等特点，能满足传输音频、视屏信息，温度等传感信息。开发设计了51单片机与nRF24L01模块的驱动程序。设计硬件电路并绘制机器人控制电路PCB实验板，对电路进行焊接，整个控制部分尺寸可压缩到20mm*10mm*35mm，质量不足20g；完成对整个系统的测试工作，包括无线通信系统测试，单片机控制系统测试，微型机器人驱动电路测试及整机测试。经过调试及测试，本系统能够实现无线通信控制，距离50m，操作界面方便，交互性良好。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-17
  1.1 引言  9-10
  1.2 爬壁机器人的国内外研究现状  10-13
    1.2.1 吸盘式吸附爬壁机器人  10-11
    1.2.2 磁吸附爬壁机器人  11-12
    1.2.3 特殊黏合材料吸附爬壁机器人  12-13
    1.2.4 仿生爬壁机器人  13
    1.2.5 静电吸附  13
  1.3 爬壁机器人关键技术  13-15
  1.4 课题的研究背景及意义  15
  1.5 本文主要内容  15-17
2 微型步行爬壁机器人工作原理及运动控制方法  17-29
  2.1 微型步行爬壁机器人驱动原理  17-18
  2.2 微型爬壁机器人的设计  18-20
  2.3 微型步行爬壁机器人运动分析  20-23
    2.3.1 微型步行爬壁机器人步态描述  20-21
    2.3.2 微型步行爬壁机器人控制时序  21-23
  2.4 微型步行爬壁机器运动控制模型  23-26
    2.4.1 微型步行爬壁机器人行进转弯运动量化分析  23-24
    2.4.2 微型步行爬壁机器人运动学模型  24-26
  2.5 微型步行爬壁机器人性能参数及控制指标  26-27
  2.6 本章小结  27-29
3 微型爬壁机器人无线控制平台硬件设计  29-41
  3.1 无线控制系统总体方案及功能  29-30
    3.1.1 无线测控平台设计原则  29
    3.1.2 无线测控平台设计的总体框图及功能  29-30
  3.2 功能模块选型及性能  30-37
    3.2.1 无线通信模块  30-32
    3.2.2 控制器模块  32-35
    3.2.3 机器人驱动控制模块  35-37
    3.2.4 电源模块  37
  3.3 硬件系统的搭建及控制  37-39
    3.3.1 机器人控制电路搭建  37-38
    3.3.2 主控端电路搭建  38-39
  3.4 本章小结  39-41
4 基于单片机的微型爬壁机器人控制端软件设计  41-51
  4.1 机器人端控制芯片程序总体设计  41-42
  4.2 微型爬壁机器人控制程序设计  42-44
  4.3 芯片 nRF24L01 驱动程序设计  44-45
  4.4 机器人控制延时程序设计  45-47
  4.5 对控制时序的仿真及分析  47-50
  4.6 无线控制程序的实现  50
  4.7 本章小结  50-51
5 基于 ARM 的微型爬壁机器人主控端软件设计  51-61
  5.1 嵌入式 Linux 系统平台的搭建  51-52
    5.1.1 基于 S3C2440 的嵌入式 Linux 平台硬件环境构建  51-52
    5.1.2 基于 S3C2440 的嵌入式 Linux 平台软件环境构建  52
  5.2 S3C2440 开发板环境配置  52-54
    5.2.1 BootLoader 的设置  53-54
    5.2.2 Linux Kernel 的配置  54
    5.2.3 嵌入式文件系统 Yaffs 的安装  54
    5.2.4 应用平台 Qtopia 的配置  54
  5.3 基于嵌入式 Linux 的驱动开发  54-57
  5.4 基于嵌入式 Linux 的 Qt/Embedded 开发  57-59
    5.4.1 Qt 界面开发  57-58
    5.4.2 微型机器人界面控制程序的实现  58-59
  5.5 本章小结  59-61
6 微型爬壁机器人无线控制平台测试  61-67
  6.1 系统集成  61-64
    6.1.1 PCB 板的设计与制作  61-63
    6.1.2 无线通信约定及实现  63-64
  6.2 控制平台的测试  64-66
  6.3 无线通信系统的距离测试  66
  6.4 本章小结  66-67
7 总结与展望  67-69
  7.1 全文总结  67
  7.2 后续工作及展望  67-69
致谢  69-71
参考文献  71-75
附录  75
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  75

微型爬壁机器人运动控制的无线通信系统研究

内容摘要

全文目录

相似论文