【摘要】：隨著公路隧道、鐵路隧道基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)里程增加,對(duì)于隧道軌道機(jī)器人有了重大需求。國(guó)內(nèi)對(duì)于懸掛式軌道機(jī)器人研究主要集中在巡檢、火災(zāi)探測(cè)方面,但并沒(méi)有深入研究軌道機(jī)器人多數(shù)據(jù)融合定位問(wèn)題。在隧道環(huán)境復(fù)雜及光線不足條件下,實(shí)現(xiàn)軌道機(jī)器人的控制及全局定位成為亟待解決的問(wèn)題。本文對(duì)該問(wèn)題展開(kāi)了相關(guān)研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:首先分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求,使用Solidworks設(shè)計(jì)軌道機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)及3D模型,分別設(shè)計(jì)車(chē)體、驅(qū)動(dòng)輪、輪軸、軌道、路標(biāo)的機(jī)械結(jié)構(gòu),加工軌道機(jī)器人的各個(gè)零件,設(shè)計(jì)并搭建軌道機(jī)器人行駛軌道。設(shè)計(jì)了軌道機(jī)器人的數(shù)據(jù)采集、電氣、通信系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括速度檢測(cè)電路、慣導(dǎo)傳感器電路、路標(biāo)檢測(cè)模塊等;電氣系統(tǒng)包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電源管理電路、電壓電流檢測(cè)電路。通信系統(tǒng)包括CAN總線電路以及無(wú)線模塊。在此基礎(chǔ)上,整合以上各個(gè)模塊,完成了主控制器電路板的設(shè)計(jì)。然后研究基于卡爾曼濾波的多傳感數(shù)據(jù)融合軌道機(jī)器人全局定位算法,包括區(qū)間定位和區(qū)間內(nèi)定位。設(shè)定軌道定位坐標(biāo)系及軌道機(jī)器人自身坐標(biāo)系。研究光電傳感器提取的路標(biāo)特征值,建立路標(biāo)子區(qū)間及區(qū)間編碼,并根據(jù)匹配算法進(jìn)行區(qū)間定位。根據(jù)測(cè)量編碼器和慣導(dǎo)傳感器的數(shù)據(jù),建立軌道機(jī)器人區(qū)間內(nèi)定位數(shù)學(xué)模型,實(shí)現(xiàn)其在區(qū)間內(nèi)定位。結(jié)合區(qū)間定位和區(qū)間內(nèi)定位數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)軌道機(jī)器人全局定位。最后搭建實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái),分析系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)框圖,編寫(xiě)主控制器的程序,并對(duì)路標(biāo)、編碼器、慣導(dǎo)傳感器的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理融合。完成了基本性能實(shí)驗(yàn)、慣導(dǎo)傳感器全局定位實(shí)驗(yàn)、多數(shù)據(jù)融合全局定位實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了軌道機(jī)器人的性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:軌道機(jī)器人多傳感器融合定位精度高于單一傳感器定位精度,為研究成果的產(chǎn)品化提供了重要依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242
【圖文】：

圖 2.1 懸掛式機(jī)器人車(chē)體俯視圖，懸掛式機(jī)器人俯視圖如圖 2.2 所示，平臺(tái)結(jié)構(gòu)呈對(duì)稱布置，兩個(gè)電，電機(jī)通過(guò)蝸桿減速機(jī)齒輪與驅(qū)動(dòng)輪的大齒輪相連，利用蝸桿傳動(dòng)的實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)身的速度控制。車(chē)體有四個(gè)車(chē)輪，其中后面兩個(gè)輪子只作為輪子，即能作為承重輪，又能作為驅(qū)動(dòng)輪，可以實(shí)現(xiàn)差速控制。本設(shè)帶帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)體移動(dòng)；設(shè)計(jì)電機(jī)安裝方便，同步輪根據(jù)載重的大小還可以選擇更換不同功率電機(jī)。9 8 4 7 63 5210

圖 2.3 同步輪設(shè)計(jì)圖與實(shí)物圖輪軸設(shè)計(jì)器人車(chē)體與機(jī)器人輪子之間通過(guò)軸和軸承連接在一起，輪子承車(chē)體的重量使用 45# 鍍鉻棒硬軸加工而成，且均使用高精度機(jī)床加工處理。每個(gè)軸長(zhǎng)留有軸承卡簧，軸兩頭分別安裝外徑 26mm、內(nèi)徑 9mm 的軸承，軸承嵌器人車(chē)體上。下圖 2.4 為軸設(shè)計(jì)圖，2.5 為實(shí)物圖。圖 2.4 軸設(shè)計(jì)圖

圖 2.3 同步輪設(shè)計(jì)圖與實(shí)物圖設(shè)計(jì)人車(chē)體與機(jī)器人輪子之間通過(guò)軸和軸承連接在一起，輪子承車(chē)體的用 45# 鍍鉻棒硬軸加工而成，且均使用高精度機(jī)床加工處理。每個(gè)軸有軸承卡簧，軸兩頭分別安裝外徑 26mm、內(nèi)徑 9mm 的軸承，軸承人車(chē)體上。下圖 2.4 為軸設(shè)計(jì)圖，2.5 為實(shí)物圖。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2777574