移动清洗机器人嵌入式控制系统研究

摘要

移动清洗机器人能在不适宜人类工作的环境中取代人工劳力进行清洗作业，并具有高强度，高效率的工作特点，这些优点使得移动清洗机器人研究成为机器人研究领域中的一个热点。论文分析了移动清洗机器人的研究现状和嵌入式控制系统的应用，重点研究了现有大型火电厂冷凝器的移动清洗机器人，并对其嵌入式控制系统进行了改造与设计。
　　 论文依据清洗机器人对机械结构，机动性能，控制需求等方面的特点，对机器人嵌入式控制系统进行了详细的整体设计，其中包括:机器人电机控制系统，机器人信息感知系统，机器人控制系统的WinCE操作系统的定制，机器人主控制器软件的设计，以及移动清洗机器人与遥操作端通信的设计。
　　 移动清洗机器人的电机控制系统需要对行走电机，推杆电机，底座旋转电机，丝杆电机，高压水泵电机进行控制。论文对常见电机控制系统进行了研究，设计了基于CAN总线的电机控制网络系统，并通过CANopen协议对电机进行控制。
　　 论文研究了移动清洗机器人信息感知系统，该信息感知系统实现了对机器人超声波传感器，温度传感器，压力传感器以及微动开关等传感器信号的采集和处理，并详细介绍了机器人信息感知系统的结构，设计了一个基于PC/104总线的多功能数据采集器对移动清洗机器人周边环境和自身状态信息进行采集，而各个电机的状态信息则通过CAN总线进行采集。
　　 论文对机器人嵌入式控制系统软件进行了研究，为移动清洗机器人主控制器定制了WinCE6.0操作系统，开发了CAN总线多电机控制的软件，设计了机器人遥操作的数据传输、应答等通信软件。
　　 通过对移动清洗机器人嵌入式控制系统的优化设计，解决了机器人嵌入式控制系统硬件结构的优化等问题，使电机控制系统更为合理紧凑，并完善了环境和状态信息感知系统功能，机器人控制性能得到了提高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景和意义

1．2 移动清洗机器人的研究现状

1．3 清洗机器人嵌入式控制系统概述

1．3．1 嵌入式控制系统概述

1．3．2 嵌入式操作系统

1．4 论文主要研究内容和组织结构

第2章 移动清洗机器人控制系统总体设计

2．1 移动清洗机器人工作流程分析

2．1．1 机器人机械结构

2．1．2 机器人工作流程

2．2 系统性能指标分析

2．3 移动清洗机器人控制系统总体设计

2．4 机器人清洗作业目标定位方法设计

2．5 本章小结

第3章 移动清洗机器人嵌入式控制系统硬件设计

3．1 机器人主控制器

3．2 机器人信息感知系统设计

3．2．1 机器人信息感知系统总体设计

3．2．2 图像采集

3．2．3 运动控制反馈信号采集

3．2．4 其他信号采集

3．3 PC104数据采集器设计

3．3．1 数据采集器需求分析

3．3．2 数据采集器总体设计

3．3．3 数据采集器硬件实现

3．4 机器人电机控制系统设计

3．4．1 机器人电机控制系统总体设计

3．4．2 运动控制

3．4．3 高压水泵清洗系统

3．5 机器人电源管理

3．6 本章小结

第4章 移动清洗机器人WinCE操作系统定制

4．1 WinCE操作系统定制概述

4．1．1 选择WinCE原因

4．1．2 设计目标

4．2 WinCE操作系统定制

4．2．1 安装配置WinCE定制开发环境

4．2．2 定制WinCE操作系统

4．3 WinCE6．0系统启动和安装

4．3．1 WinCE6．0系统启动

4．3．2 WinCE6．0操作系统安装

4．4 本章小结

第5章 移动清洗机器人嵌入式控制系统软件设计

5．1 嵌入式控制系统软件需求分析

5．2 嵌入式控制系统软件设计方案

5．2．1 机器人主控制器软件架构

5．2．2 软件实施方案

5．3 电机控制程序设计

5．3．1 CANopen概述

5．3．2 电机控制模块程序设计

5．3．3 指令队列和消息队列设计

5．4 以太网通信程序设计

5．4．1 以太网数据通信模块概述

5．4．2 通信协议设计

5．4．3 数据接收和处理程序设计

5．4．4 数据发送和数据帧打包

5．5 数据采集线程函数设计

5．5．1 多功能数据采集器程序设计

5．5．2 电机状态信息的采集程序设计

5．6 本章小结

总结与展望

主要工作和创新点

研究展望

参考文献

致谢

附录A (攻读学位期间发表的学术论文及所获专利目录)