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仿尺蠖微小型机器人嵌入式控制器的研究

肖曙  
【摘要】: 爬壁机器人是极限作业机器人的一种,在核工业、石化企业、建筑行业、消防部门、造船等领域得到了广泛的应用。仿尺蠖微小型爬壁机器人具有体积小、隐蔽性强、运动灵活的特点,在军事、反恐等方面有良好的应用前景,开展该方面的研究具有重要的实际应用价值及社会意义。 机器人控制系统在很大程度上决定了机器人的性能,而微小型爬壁机器人因为其应用的特殊性,对控制系统在性能、尺寸、重量、功耗等方面都有要求。应用功能强大、集成度高、能进行多电机控制的TMS320F2810和低功耗单片机ADuC842组成高性能的机器人控制系统不失为一种好的策略。 首先,对机器人控制系统的总体结构进行了设计,并给出了部分硬件电路的具体实现方法。机器人嵌入式控制器采用两层结构,上层为机器人主控及驱动电路,负责运行机器人主控程序及多电机伺服控制算法,以及接收上位计算机的远程遥控命令;下层为两个足部传感系统模块,分别安装在机器人的两个足上,负责多种传感器信息的采集、处理及泵和阀的驱动控制。 其次,对机器人的控制软件结构进行了分析,确定了基本步态的种类,采用模块化方法对软件进行划分,设计了通信协议模块、电机伺服控制模块、传感器信息采集与处理模块等,并采用有限状态机的方法完成了机器人基本步态的分解和规划模块。 最后,构建了试验系统,把能源、控制器集成到机器人体内,进行了传感器的标定,最终完成机器人的蠕动、翻转、旋转、凹凸过渡等基本步态试验,从而验证了控制器硬件电路及控制软件的有效性。


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