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煤矿救援机器人软件系统研究

刘启彬  
【摘要】: 煤矿救援机器人的软件系统是机器人的灵魂,其主要任务是进行任务规划与调度、自主导航、环境信息检测与处理、远程通讯与控制等。 本文从煤矿救援机器人软件系统实际需求出发,借助软件工程相关技术与理论,以煤矿救援机器人软件系统框架结构为研究重点,对软件系统工作原理、子系统组成结构、系统间相互调用及底层通讯协议等进行研究,为各子系统独立研发及多人分工与协作奠定了基础。 首先,对机器人的任务、工作环境、软件系统的核心技术、硬件需求及软件系统功能需求等方面进行详细分析。其次,对煤矿救援机器人的软件系统整体框架结构进行了设计,提出了基于Windows平台的分层框架软件体系架构。从整体上,把软件系统划分为传感信息处理系统、电机控制系统、手动控制系统及自主导航系统。从层次上把软件系统分为硬件层、通讯协议层、核心控制层及应用服务层。通过对每层任务的划分与各层功能模块的分解,明确了各子系统在整个系统平台中的功能、地位、作用和关系。为便于各子系统集成与独立开发,提高系统的可靠性与稳定性,提出了基于服务的子系统程序结构方案。分析了系统间各种通信方式,提出了基于共享内存的系统间通信方案。统一了各子系统间相互调用方法,提出了通过DLL动态链接库进行系统调用的方案。针对不同的硬件间互连互通问题,提出了统一硬件通信协议方案,设计了基于RS-485接口的底层硬件通信协议。对机器人程序开发与接口标准协议等进行了研究并制定了相应标准规范,保证了程序编写的规范性和易读性。最后,通过对机器人运动控制模型进行分析,开发了机器人运动控制程序,并进行了实验验证。 研究结果表明,本文开发的软件系统结构合理,功能齐全,界面友好,具有良好的兼容性、稳定性、开放性和易维护性。


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