危险复杂环境遥操作机器人测控系统研究

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随着机器人行业的大发展,机器人越来越多地代替人去执行和参与危险性工作,例如核电站巡检工作、反恐排爆工作、采样危险样品等等,人的生命安全也因此可以得到更好的保障。客观上对于机器人质量的要求也日益增加。本文设计了一款危险复杂环境的遥操作机器人,主要工作包括:机器人的整体架构设计、机器人机械结构设计、机器人测控系统硬件设计、软件设计、遥操作控制器设计、机器人应用实验测试。机械结构方面,根据机器人应用场合和环境的要求,提出机器人机械结构和导臂结构方案。介绍了机器人所搭载的四自由度机械臂和耐辐照摄像头。在此基础上,提出了机器人模块化、分布式设计方案,并对此方案的优势进行论证。测控系统设计方面,为了让机器人下位机有更好的处理计算能力,本文采用了基于ARM9架构的开发板Mini2440作为机器人的主控制器。在Linux环境下,用多线程编程思路设计主控器嵌入式软件,主控器用串口和其他模块进行通信,且加入UDP套接字编程,为Wifi控制下位机提供条件。基于UM220-Ⅲ芯片设计了机器人的GPS定位模块;基于MC9S12XDP512双核处理器,设计机器人运动模块,并移植μc/OS-Ⅱ实时操作系统,开发下位机嵌入式软件,其利用CAN总线的架构和其他执行模块进行通信;选用Mini IMU作为机器人的姿态传感器,并且在上位机上基于OpenGL技术设计了机器人姿态实时显示的软件。遥操作机器人控制器方面,设计了遥操作控制箱、操作摇杆和可穿戴手套三种操作机器人的控制器。根据使用场景的不同,分别介绍集成电台通信方式和Zigbee通信方式。针对实际应用,本文在Matlab里利用机器人俯仰角设计测算机器人运行高度变化的实验;利用激光雷达设计对障碍物宽度和楼梯梯度的估测的实验;利用GPS模块设计了寻找已知坐标地点的实验。最终,结合以上工作完成危险复杂遥操作机器人测控系统设计,对于设计中的一些不足和可改进的部分加以总结和展望。
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