基于轮式爬壁机构的管道检测微机器人的系统设计与运动优化
在管道检测机器人的研究中,狭窄管道的内部检测一直是一个难点。一方面,机器人的体积受制于狭窄的管内通道,另一方面,机器人还必须拥有在结构复杂的管道内自由运动的能力。基于上述要求,本文提出了一种基于轮式爬壁机构的微型管道检测机器人,以适用于多种管道结构的应用。在比较了多种管道检测机器人优劣后,轮式爬壁微型机器人将是最适用与狭窄多变管道检测的机器人。本课题使用三轮结构作为机器人的运动机构,并提出了一种与驱动器结合一体的磁吸附轮结构,作为爬壁机构。在确定机器人整体架构后,本文基于机器人本体结构的多种约束条件和磁力爬壁机构带来的磁力约束等进行了机械结构分析,动态分析及磁场分析,并最终优化和确定了机器人的各项参数。机器人控制系统为基于LPC2106微处理器搭建的嵌入式控制系统。硬件部分包括电源,中央处理器,电机控制及无线RF模块。微电机采用2-3通电方式控制,从而使微型机器人直线定位精度达到0.59mm,转向精度达到1.5°。本文也编写了专用的对无线控制模块进行操作的读写程序,从而实现远程数据收发。为了研究机器人的运动特性,本文基于刚体动力学和机器人本体的结构特征,建立了带滑动的动力学模型,并分别对应用普通轮和磁力轮的情况进行了机器人直线运动仿真,从而证实了滑动现象对机器人运动带来的影响,及磁吸附轮能够有效抑制滑动,并优化机器人的定位精度。最后,本文提出了一种基于视觉反馈的定位控制算法及其实现方法,也通过仿真证实了其能有效限制由于装配误差和滑动带来的定位偏差,并进一步提高了微型机器人的定位精度。
微型移动机器人;磁力爬壁机构;嵌入式控制系统;带滑动的动力学模型;运动优化
上海交通大学
硕士
微电子学与固体电子学
陈佳
2010
中文
TP242
2014-05-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）