输电线路巡检机器人智能控制系统研究与设计

论文摘要

输电线路巡检机器人能够代替人工进行线路巡检工作,提高线路巡检工作的效率和精度,具有较高的经济效益。因而,积极研制性能可靠的巡检机器人具有重要的实用价值。本文以新型巡检机器人机械本体为控制对象,研究开发了能实现巡检机器人自主行走和自主越障的智能控制系统。本文通过研究分析机器人行走与越障动作原理,确定控制系统的功能要求。在对递阶式控制和专家控制理论进行了深入研究的基础上,提出了专门的三级控制结构用于控制系统整体结构设计,规划了基于规则库的专家控制系统用于机器人动作规划。按照三级控制系统结构的要求,使用基于研华PCM-3370主板的计算机系统作为机器人主控机,结合由MV-C320图像采集卡、VS-902H摄像机和镜头组成的图像采集设备,完成组织级的硬件设计。设计具有光电隔离电路和串口通信电路的STC89C52单片机系统作为下位机;研究,实现多种传感器的使用和直流电机控制;设计基于MC33035和MPM3003的无刷电机控制模块,完成执行级的硬件设计。同时,通过对具有12路信号的遥控模块进行设计改造,实现18路信号输出,用于机器人遥控操作。研究组织级软件的功能,确定主控机软件功能模块。采用VC6.0程序设计了软件主界面、串口通信界面和图像处理界面,实现了串口通信的部分功能。对图像传输的方法和主要问题进行了研究分析。研究执行级单片机程序功能,编写了主程序、串口通信程序和跨越悬垂线夹程序。对于遥控模块程序,提出了一种利用软件二次译码实现通路扩展的方法,设计程序流程图,编写程序。通过对上述控制系统的调试与实验,证明基于PCM-3370主板的计算机系统的运行具有良好的稳定性和流畅性;无线遥控模块收发信号具有较高的可靠性和通道扩展的可行性。同时验证了单片机控制板的正确性。本文工作的创新性,主要有以下几点:设计了基于“远程监控主机+组织级+执行级”的控制系统结构,提出了基于规则库的机器人动作规划方法。根据这些理论,设计了由“远程计算机+PC/104主板计算机+单片机系统”组成的控制系统。提出了一种扩展遥控模块信号通道的方法。设计了控制软件界面和越障程序。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及来源
• 1.2 课题的意义
• 1.3 国内外发展现状
• 1.4 课题的研究内容和创新点
• 1.5 本章小结
• 2 巡检机器人的机构原理及控制系统的功能
• 2.1 巡检机器人的机构原理
• 2.2 巡检机器人控制系统的功能
• 2.3 本章小结
• 3 巡检机器人控制理论研究
• 3.1 机器人智能控制理论
• 3.2 基于递阶控制理论的控制系统结构设计
• 3.3 基于规则库的动作规划方法
• 3.4 本章小结
• 4 控制系统硬件设计
• 4.1 控制系统总体方案
• 4.2 主控机系统硬件设计
• 4.3 下位机系统硬件设计
• 4.4 无线遥控模块设计
• 4.5 硬件抗干扰措施
• 4.6 本章小结
• 5 控制系统软件设计
• 5.1 主控机软件研究与设计
• 5.2 单片机程序设计
• 5.3 无线遥控模块程序设计
• 5.4 本章小结
• 6 调试和实验
• 6.1 PC/104计算机系统的安装与运行
• 6.2 下位机系统实验
• 6.3 软件调试
• 6.4 无线遥控模块实验
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 参加的科研项目