复杂环境救援行走机构设计及控制系统故障诊断平台的研究

论文摘要

随着科学的不断进步,机器人行业发展迅速,特别是移动机器人已广泛用于科学考察、地质勘探、灾难营救等多个领域。为了解决复杂环境下的侦测、救援等问题,在阅读大量参考文献和深入总结前人研究工作的基础上,设计了一救援四足行走机构,建立了其三维模型,并进行了初步的运动和动力学仿真分析,验证了行走机构的有效性。在设计四足行走机构的基础上,针对机构的控制系统研究了其故障诊断平台,此故障诊断平台可对行走机构的控制系统故障进行检测,能很快判断故障的来源,是解决控制系统故障中必不可少的一步。诊断平台的主要部分是任意信号激励源和高频标准信号激励源的产生。任意波形采用基于数字合成的方法,即先将所需产生的信号波形的一个周期的若干个样点的幅值数据信息存储在波形存储器中,再通过硬件电路依次从波形存储器中读取出来,经D/A转换及滤波后得到所需信号波形输出。据此,设计了以AVR单片机ATmega8和D/A转换器TLC7528为核心的任意波形发生器。本文对软硬件设计进行相应研究,完成了电源模块、单片机系统、高速D/A转换及滤波等硬件电路设计,制作了实验样机并进行了系统测试。高频标准波形的产生采用直接数字合成(DDS)技术,设计了以DDS芯片AD9850为核心的信号源,给出了信号源的设计方案、软硬件的具体实现。硬件设计时,进行了抗干扰设计,主要包括滤波技术、接地处理、电源的处理等。上位机软件采用C#语言编写了上位机软件部分,开发了任意波形发生器的波形编辑软件。通过该软件用户可以设置各种波形参数,进而控制硬件模块产生相应的波形信号。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 机械故障定义及其分类
• 1.3 机械故障诊断的国内外研究现状与发展方向
• 1.4 控制系统故障诊断平台的研究意义
• 1.5 本论文主要的研究工作
• 第二章 复杂环境救援行走机构样机设计
• 2.1 虚拟样机技术及理论
• 2.2 Unigraphics 建模工具介绍
• 2.3 行走机构的虚拟样机模型的建立
• 2.3.1 建模思路
• 2.3.2 三维样机模型
• 2.4 机械动力学分析工具ADAMS
• 2.5 机构的运动和动力学分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 故障诊断平台的硬件电路设计与实现
• 3.1 故障诊断平台总体方案的设计
• 3.2 诊断平台电源部分的设计
• 3.2.1 系统对电源的要求
• 3.2.2 电源模块的设计
• 3.3 数据采集通道的电路设计
• 3.4 诊断平台任意波形激励源的设计
• 3.4.1 任意波形信号激励源的总体方案设计
• 3.4.2 ATmega8 单片机简介
• 3.5 D/A 转换电路设计
• 3.5.1 D/A 转换原理及主要参数
• 3.5.2 D/A 转换电路
• 3.6 滤波电路模块设计
• 3.6.1 滤波电路基本原理
• 3.6.2 有源滤波电路
• 3.7 标准高频信号激励源的设计
• 3.7.1 直接数字频率合成（DDS）技术简介
• 3.7.2 DDS 芯片AD9850 简介
• 3.7.3 DDS 的电路设计
• 3.7.4 无源滤波电路设计
• 2C 总线接口'>3.7.5 I²C 总线接口
• 3.7.6 键盘与显示电路
• 3.8 异步串行通信接口模块设计
• 3.9 ISP 程序下载电路
• 3.10 系统的硬件抗干扰设计
• 3.10.1 干扰的产生
• 3.10.2 抗干扰具体措施
• 3.11 本章小结
• 第四章 故障诊断平台软件的设计
• 4.1 编程语言及开发软件介绍
• 4.2 ATmega8 的程序下载操作
• 4.3 任意波形发生系统软件的总体设计流程
• 4.4 任意波形编辑软件总体设计
• 4.5 标准高频信号发生系统软件设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 硬件电路的安装与调试
• 5.1 任意信号激励源调试
• 5.2 标准波形激励源调试
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 附录I 部分标准波形数据
• 附录II 故障诊断平台电路原理图
• 附录III 标准高频信号源原理图
• 附录IV 故障诊断平台PCB 图
• 附录V 标准信号源PCB 图
• 附录VI 攻读硕士学位期间科研情况
• 致谢