通用微型无人车辆平台系统实现与试验研究

摘要

微型无人车辆是指体积小、重量轻、具有一定通过能力的微型智能车辆平台。主要应用于中大型设备无法通过、环境不允许工作人员进入或者有特种需要的环境下，代替工作人员完成工作。
　　 本课题的目标是根据现有的技术，开发一个可以在工程应用领域具备使用价值的通用微型无入车辆平台。这个平台兼顾成本、易用性、可开发性，既可以作为搭载各种设备工作的平台，也可以为工程领域的开发人员提供通用的开发平台。尤其是在危险流体生产、输送的过程工业应用中，可以代替人员进入危险区域完成对设备的例行巡检、维修作业甚至排险工作。为了提高车辆的行驶灵活性和通过能力，设计了全轮驱动和全轮转向系统。为了保证全轮驱动和全轮转向系统稳定工作，重点设计了一套完整的车辆运行控制系统。它是微型无人车辆的核心，是一套完整的下位机系统，对上位机提供一套完整的车辆运行控制接口和控制协议，主要负责接收上位机发来的控制数据并控制车辆的执行部件完成行驶动作。
　　 在整个开发过程中，上位机使用嵌入式X86计算机平台配合嵌入式WindowsXP操作系统，测试和试验程序使用LabVIEW进行开发;下位机使用AT89C52RC和ATMega16单片机开发车辆运行控制系统。在完成平台的搭建之后，设计了一个远程监控试验。在平台上搭载由电动云台支撑的高清CCD彩色摄像机和智能天线阵列，通过无线网络将图像传送到监控端;操作人员在监控端监视车辆的运行状态，并控制车辆平台运行。
　　 在试验过程中，通用微型无人车辆平台可以脱离控制人员的视线，通过高清CCD摄像机将图像回传到远程监控系统。控制人员在远程监控端监视车辆运行情况并发出控制指令。车辆可以长时间正常运行，控制人员的控制指令延迟不超过1s。车辆在实际运行中，全轮转向系统有效地提高了行驶的灵活性，降低了转弯半径;在遇到障碍物和个别车轮打滑时，全轮驱动系统显著提升了车辆的通过能力。该实验进一步验证了整个平台的可开发性、通用性和稳定性。
　　 目前平台的硬件搭建已经基本完成，并进行了一定数量的基本运行测试。通用微型无人车辆平台可以稳定工作，基本达到了最初的设计目标。

目录

声明

学位论文数据集

符号说明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 前人的研究，行业的发展情况

1．3 课题的提出

1．4 课题的主要内容和成果

第二章 总体设计方案

2．1 硬件结构设计

2．1．1 底盘系统总体设计

2．1．2 电子设备硬件选型

2．2 有效载荷平台

2．3 综合调试

动力系统调试

全轮转向系统调试

动力控制系统与全轮转阿系统联合调试

通用开发平台和车辆运行控制系统联合调试

2．4 综合开发试验与验证

平台空载有线控制试验

带负载无线控制试验

远程无线釜控试验

第三章 微型无人车辆平台硬件结构设计

3．1 底盘系统设计和搭建

车架结构设

动力系统

悬挂系统

转向系统

3．2 车载电子设备

车辆运行控制系统

3．2．2 通用开发平台

第四章 综合调试

4．1 动力系统调试

4．1．1 全轮驱动系统低速、高速运行稳定性测试

4．1．2 动力控制接口测试

4．2 全轮转向系统调试

4．2．1 模块自带调试程序

4．2．2 全轮转向测试

4．3 动力控制系统与全轮转向系统联合调试

4．4 通用开发平台和车辆运行控制系统联合调试

第五章 综合开发试验与验证

5．1 平台空载有线控制试验

5．2 带负载无线控制试验

负载

无线通信系统

试验架构

程序总体设计

控制端程序设计

车载端程序设计

５．3 远程无线监控试验

机电一体化设备和测试仪器

有效载荷与通用开发平台协同工作测试

有效载荷与车辆运行控制系统协同工作测试

远程监控系统程序设计

系统本地网络调试

系统远程网络调试

第六章 结论与展望

6．1 课题的研究成果

6．2 存在的不足

6．3 后续的改进和展望

参考文献

致谢

作者攻读学位期间的研究成果和发表的学术论文目录

作者和导师简介

硕士研究生学位论文答辩委员会决议书