输电线路巡检机器人智能控制系统研究与设计

摘要

输电线路巡检机器人能够代替人工进行线路巡检工作，提高线路巡检工作的效率和精度，具有较高的经济效益。因而，积极研制性能可靠的巡检机器人具有重要的实用价值。本文以新型巡检机器人机械本体为控制对象，研究开发了能实现巡检机器人自主行走和自主越障的智能控制系统。
　　本文通过研究分析机器人行走与越障动作原理，确定控制系统的功能要求。在对递阶式控制和专家控制理论进行了深入研究的基础上，提出了专门的三级控制结构用于控制系统整体结构设计,规划了基于规则库的专家控制系统用于机器人动作规划。按照三级控制系统结构的要求，使用基于研华PCM-3370主板的计算机系统作为机器人主控机，结合由MV-C320图像采集卡、VS-902H摄像机和镜头组成的图像采集设备，完成组织级的硬件设计。设计具有光电隔离电路和串口通信电路的STC89C52单片机系统作为下位机；研究，实现多种传感器的使用和直流电机控制；设计基于MC33035和MPM3003的无刷电机控制模块，完成执行级的硬件设计。同时，通过对具有12路信号的遥控模块进行设计改造，实现18路信号输出，用于机器人遥控操作。研究组织级软件的功能，确定主控机软件功能模块。采用VC6.0程序设计了软件主界面、串口通信界面和图像处理界面，实现了串口通信的部分功能。对图像传输的方法和主要问题进行了研究分析。研究执行级单片机程序功能，编写了主程序、串口通信程序和跨越悬垂线夹程序。对于遥控模块程序，提出了一种利用软件二次译码实现通路扩展的方法，设计程序流程图，编写程序。
　　通过对上述控制系统的调试与实验，证明基于PCM-3370主板的计算机系统的运行具有良好的稳定性和流畅性；无线遥控模块收发信号具有较高的可靠性和通道扩展的可行性。同时验证了单片机控制板的正确性。本文工作的创新性，主要有以下几点：设计了基于“远程监控主机+组织级+执行级”的控制系统结构，提出了基于规则库的机器人动作规划方法。根据这些理论，设计了由“远程计算机+PC/104主板计算机+单片机系统”组成的控制系统。提出了一种扩展遥控模块信号通道的方法。设计了控制软件界面和越障程序。

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Contents

1 绪论

1.1 课题的背景及来源

1.2 课题的意义

1.3 国内外发展现状

1.4 课题的研究内容和创新点

1.5 本章小结

2 巡检机器人的机构原理及控制系统的功能

2.1 巡检机器人的机构原理

2.2 巡检机器人控制系统的功能

2.3 本章小结

3 巡检机器人控制理论研究

3.1 机器人智能控制理论[28-31]

3.2 基于递阶控制理论的控制系统结构设计

3.3 基于规则库的动作规划方法

3.4 本章小结

4 控制系统硬件设计

4.1 控制系统总体方案

4.2 主控机系统硬件设计

4.3 下位机系统硬件设计

4.4 无线遥控模块设计

4.5 硬件抗干扰措施

4.6 本章小结

5 控制系统软件设计

5.1 主控机软件研究与设计

5.2 单片机程序设计

5.3 无线遥控模块程序设计

5.4 本章小结

6 调试和实验

6.1 PC/104计算机系统的安装与运行

6.2 下位机系统实验

6.3 软件调试

6.4 无线遥控模块实验

6.5 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果