本文選題：移動機(jī)器人 + EtherCAT網(wǎng)絡(luò)��； 參考：《沈陽理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：近年來,從發(fā)生在城市的恐怖襲擊事件、東京福島核電站事故和天津危險品爆炸事故等突發(fā)事件可以看出,城市中發(fā)生的突發(fā)事件對國家的影響更大,而能否在發(fā)生突發(fā)事件后快速的響應(yīng),讓事故對人類的影響降到最低,成為研究的一個方向。本文主要研究應(yīng)對城市非結(jié)構(gòu)環(huán)境下突發(fā)事件的可變形移動機(jī)器人,根據(jù)機(jī)器人的應(yīng)用場景要求設(shè)計機(jī)器人的控制系統(tǒng)。首先,簡要介紹了可變形機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu),且結(jié)合機(jī)器人姿態(tài)的三個關(guān)鍵參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點針對不同的應(yīng)用場景進(jìn)行了詳細(xì)的過程分析和構(gòu)型介紹。根據(jù)可變形移動機(jī)器人的運動機(jī)構(gòu)特點和狀態(tài)變化,建立齊次坐標(biāo)系下機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的運動學(xué)模型,推導(dǎo)出機(jī)器人本體與擺臂姿態(tài)之間的運動學(xué)正解和逆解,得出擺臂的姿態(tài)變化與軀體姿態(tài)之間的運動學(xué)關(guān)系。根據(jù)機(jī)器人航向角建立了機(jī)器人航向與機(jī)器人轉(zhuǎn)彎的運動學(xué)模型并建立了轉(zhuǎn)彎的動力學(xué)模型,最后通過Matlab軟件進(jìn)行驗證。結(jié)合本實驗移動平臺的實際機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸、能量方程和極限條件下的幾何關(guān)系,求出機(jī)器人攀爬樓梯的極限范圍和防止傾翻的最大角度。以安全節(jié)能為原則規(guī)劃變形機(jī)器人在攀爬樓梯過程中的運動構(gòu)型,為后續(xù)的運動控制算法打下基礎(chǔ)。采用模塊化思想對可變形機(jī)器人進(jìn)行了硬件集成和軟件開發(fā)。硬件部分包括機(jī)器人姿態(tài)和電機(jī)位置檢測模塊、多軸同步控制的EtherCat主站板卡和電機(jī)伺服驅(qū)動器,并根據(jù)這些模塊的特點和實際的使用場景,進(jìn)行具體的參數(shù)配置和性能測試。軟件部分主要分為上位機(jī)的監(jiān)控界面和下位機(jī)的運動控制。上位機(jī)的控制界面以微軟VS和C++為開發(fā)平臺和開發(fā)語言。下位機(jī)采用QNX系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境,結(jié)合EtherCAT網(wǎng)絡(luò)通信的特點進(jìn)行機(jī)器人的運動控制代碼開發(fā)。采用模塊化的設(shè)計原則,使得控制程序具有獨立性好和可移植性強(qiáng)等特點。最后完成了通過上位機(jī)遠(yuǎn)程控制機(jī)器人攀爬樓梯的實驗測試。通過實驗不僅測試了控制界面的穩(wěn)定性,還驗證了攀爬樓梯過程中運動規(guī)劃構(gòu)型的合理。結(jié)果表明該機(jī)器人控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠,滿足設(shè)計要求。
[Abstract]:In recent years, from the incidents of terrorist attacks in cities, the Fukushima nuclear power plant accident in Tokyo and the dangerous goods explosion in Tianjin, it can be seen that emergencies in cities have a greater impact on the country. It is a direction of research whether to respond quickly after an emergency and to minimize the impact of accidents on human beings. This paper mainly studies the deformable mobile robot which can deal with the unexpected events in the unstructured environment of the city, and designs the robot control system according to the requirements of the robot application scene. Firstly, the mechanical structure of the deformable robot is briefly introduced, and the detailed process analysis and configuration of different application scenarios are carried out according to the three key parameters and structural characteristics of the robot attitude. According to the characteristics and state changes of the deformable mobile robot, the kinematics model of the robot in the unstructured environment in homogeneous coordinate system is established, and the forward and inverse kinematics solutions between the robot body and the attitude of the pendulum arm are derived. The kinematics relationship between the attitude change of the swinging arm and the posture of the body is obtained. According to the robot heading angle, the kinematics model of robot heading and robot turning is established, and the dynamics model of turning is established. Finally, the model is verified by Matlab software. Combined with the actual mechanical structure size, energy equation and the geometric relations under the limit conditions of the mobile platform, the limit range of the robot climbing stairs and the maximum angle to prevent the tipping are obtained. Based on the principle of safety and energy saving, the kinematic configuration of the deformation robot in climbing stairs is planned, which lays the foundation for the subsequent motion control algorithm. The hardware integration and software development of the deformable robot are carried out by modularization idea. The hardware includes robot attitude and motor position detection module, multi-axis synchronous control EtherCat main station card and motor servo driver. According to the characteristics of these modules and actual usage scenarios, the specific parameters configuration and performance testing are carried out. The software is mainly divided into the monitor interface of the upper computer and the motion control of the lower computer. The control interface of upper computer is Microsoft vs and C as the development platform and development language. The lower computer adopts the integrated development environment of QNX system and combines the characteristics of EtherCAT network communication to develop the robot motion control code. The design principle of modularization makes the control program have the characteristics of good independence and portability. Finally, the experiment test of climbing stairs by remote control robot is completed. The stability of the control interface is not only tested by experiments, but also the configuration of motion planning is proved to be reasonable during climbing stairs. The results show that the robot control system is stable, reliable and meets the design requirements.
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2115494