自适应管道清洁机器人控制系统研究

摘要

随着经济发展，人们的身心健康越来越受到重视。而污染的中央空调日益成为危及人们身心的祸害根源。因此，中央空调尤其是中央空调管道的检测与清洗越来越受到社会的重视。中央空调清洁机器人作为中央空调通风管道清洁的主要设备，能够进入到密闭狭长的空调管道完成清洁任务，具有很高的实用价值与商业价值。
　　 本文首先介绍了中央空调管道清扫的重要性，并对目前国内外中央空调管道清扫机器人的发展现状和应用状况进行了全面和详实的论述，从而寻求出该课题的研究方向；同时介绍了本课题的可行性、创新之处和研究的主要内容。
　　 该管道清洁机器人从结构上可分为机械系统和控制系统两大部分，机械系统包括移动载体，清扫作业装置和定位导向装置；控制系统主要包括车载控制系统和控制箱两部分。机器人的主体结构采用模块化设计，主体尺寸为350mm×260mm×160mm。机器入选用双履带式的移动机构。本文确定了履带轮电机，履带和主动轮的参数，给出了清扫作业装置和定位导向装置的结构图及各构件之间的关系，分析了它们的工作原理。
　　 随后根据控制要求分析了系统的硬件结构，该机器人的控制系统采用了上、下位机的控制方式，选用AVR单片机(ATmega64)为上下位机主控芯片。上位机主控制箱硬件电路设计包括：4×4矩阵键盘、摇杆电路和128×64液晶显示。下位机车载控制系统硬件电路的设计包括：电机驱动模块、RS485通讯模块、清洗刷头信号采集模块和定位导向装置硬件设计等。然后概括了硬件电路设计中所必须考虑的抗干扰措施。
　　 之后阐述了控制系统的软件设计方法。以履带轮电机控制采用的PID算法为重点，介绍了软件控制的总体策略与控制结构；然后介绍各个模块程序包括PWM产生程序、串口通讯程序、A/D转换程序等。
　　 最后，本文对主要工作和研究内容进行了总结，并对今后的研究方向做出了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题来源及其研究的目的、意义

1.1.1所选课题的题目

1.1.2课题研究的目的、意义

1.2和本课题有关的国内外研究现状分析

1.3研究目标、研究内容和拟解决的关键问题

1.4拟采取的研究方法、技术路线

1.5预期的研究成果和创新点

1.6本章小结

第2章自适应管道清洁机器人的主体机构设计

2.1管道清洁机器人的主体设计方案

2.2管道清洁机器人的主体性能指标

2.3管道清洁机器人的系统组成

2.4管道清洁机器人主体机构设计

2.4.1管道清洁机器人主体尺寸大小的确定

2.4.2管道清洁机器人移动载体设计

2.4.3移动载体驱动方式的设计

2.4.4清扫作业装置的设计

2.4.5定位导向装置的设计

2.5本章小结

第3章管道清洁机器人控制系统硬件设计

3.1控制系统总体结构设计

3.2 ATmega64主控芯片介绍

3.3车载控制系统硬件设计

3.3.1履带轮电机驱动模块的设计

3.3.2通信模块的设计

3.3.3清洗刷头信号采集模块设计

3.3.4定位导向装置硬件设计

3.4主控制箱硬件设计

3.4.1 4X4矩阵键盘设计

3.4.2摇杆电路设计

3.4.3 128×64液晶显示电路设计

3.5硬件抗干扰设计

3.6本章小结

第4章管道清洁机器人控制系统软件设计

4.1软件总体设计方案

4.2 ICCAVR简介

4.3车载控制系统软件设计

4.3.1履带轮电机驱动模块软件设计

4.3.2刷头信号采集模块程序设计

4.4 RS485通信模块程序设计

4.5主控制箱程序设计

4.5.1 4X4矩阵键盘程序设计

4.5.2 128×64液晶显示程序设计

4.6软件抗干扰设计

4.7本章小结

第5章总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读学位期间发表的论文