自动摘钩机器人模型的设计与制作

摘要

目前中国铁路处在高速发展时期，随之而来的是高速铁路逐步成网，以及铁路货运量的大幅提高。编组站作为铁路货运网的重要节点，其工作效率将直接影响整个铁路货运网。而当前，编组站的驼峰线上依旧采用传统的人工摘钩模式分解列车，这极大的影响了编组站的工作效率，由此可见，设计一款适用于驼峰摘钩的机器人来协助或替代驼峰线上的工人去完成危险且繁杂的摘钩作业，可以大幅减少返工现象，有效提高编组站的工作效率。
　　论文根据我国铁路货车类型以及所使用车钩的特点，结合驼峰线摘钩作业的工作流程，给出了一种可供驼峰线使用的自动摘钩机器人解决方案。并根据此解决方案设计制作了自动摘钩机器人模型。同时还设计制作了列车和车钩模型，和自动摘钩机器人模型构成完整的自动摘钩模型系统，用于研究和演示整个摘钩过程。自动摘钩机器人模型使用到直流电机、步进电机、舵机等多种驱动设备，并根据漫反射激光传感器，超声波传感器，红外传感器等反馈设备传回的信号最终实现自动摘钩机器人模型对列车模型的摘钩作业。
　　论文的主要内容涵盖自动摘钩机器人的总体设计;自动摘钩机器人模型以及列车模型的设计与制作过程;模型控制系统电路板的设计制作，模型控制软件的编写等。模型制作过程主要包含模型承载机构以及自动摘钩机器人执行机构的设计与制作;控制系统制作包括主控芯片、驱动芯片的选型，控制电路的设计，PCB的设计制作等内容;模型控制程序使用C语言分模块编写，实现了对自动摘钩机器人模型的控制，自动摘钩机器人模型、列车模型和监控计算机之间的通信。
　　本论文的研究成果可为自动摘钩机器人的设计提供参考，整个自动摘钩模型系统可用作课堂教学演示或玩具开发。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景与意义

1．1．1 编组站及驼峰介绍

1．1．2 人工摘钩过程

1．1．3 论文研究的意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本论文的研究目标与内容

1．3．1 主要功能与实现目标

1．3．2 论文的主要研究内容

1．4 本论文的结构安排

第2章 摘钩模型系统的总体设计

2．1 自动车钩介绍

2．1．1 自动车钩的结构

2．1．2 自动车钩的连挂与解锁

2．2 自动摘钩机器人功能需求分析

2．3 摘钩模型系统总体结构设计

2．3．1 摘钩方式的选择

2．3．2 自动摘钩机器人的总体结构设计

2．3．3 列车模型的总体设计

2．3．4 试验平台的总体设计

2．4 本章小结

第3章 模型的设计与制作

3．1 模型制作的准备工作

3．2 车钩模型的制作

3．3 摘钩执行机构的设计与制作

3．3．1 总体设计

3．3．2 自由度设计与实现

3．3．3 传感器安装与摘钩过程设计

3．4 承载底盘及走行部的模型制作

3．4．1 承载底盘的制作

3．4．2 走行部的设计与制作

3．5 其他部分的设计制作

3．6 本章小结

第4章 系统硬件电路的设计

4．1 自动摘钩系统总体结构框图

4．2 核心控制板的硬件电路设计

4．2．1 电源模块

4．2．2 微控制器模块

4．2．3 串口通信模块

4．2．4 电机驱动模块

4．2．5 编码器模块

4．2．6 扩展控制板接口

4．3 扩展控制板的硬件电路设计

4．3．1 步进电机控制模块

4．3．2 超声波测距电路

4．3．3 激光传感器模块

4．3．4 红外限位开关模块

4．3．5 舵机控制模块

4．3．6 限位开关模块

4．4 多路电源板的硬件设计

4．6 本章小结

第5章 自动摘钩机器人的软件设计

5．1 自动摘钩机器人控制程序设计

5．1．1 自动摘钩机器人控制主程序设计

5．1．2 直流电机速度控制子程序

5．1．3 滑台控制程序

5．1．4 舵机控制子程序

5．1．5 车辆距离检测子程序

5．1．6 机器人复位子程序

5．2 通信协议设计

5．3 本章小结

第6章 系统测试

6．1 测试系统的搭建

6．2 系统功能测试

6．3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

附录