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飞机蒙皮检测机器人运动控制研究

作 者: 张威
导 师: 王从庆
学 校: 南京航空航天大学
专 业: 模式识别与智能系统
关键词: DSP2812 飞机蒙皮检测爬壁机器人 动力学模型 控制系统设计
分类号: TP242
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 4次
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内容摘要


爬壁机器人自20世纪60年代以来,因其广泛的用途和很高的使用价值,越来越受到人们重视。本文针对大飞机无损检测智能化的需求,采用DSP2812作为控制器,研制了一种用于大飞机蒙皮结构健康监测的三层架构真空吸附式爬壁机器人,对避免人工检测过程中的漏检和易疲劳等问题,提高检测过程的可靠性和灵活性方面具有重要研究意义和实用价值。本文主要针对该机器人的运动控制进行研究。论文的主要内容包括:首先,根据机器人应用环境的特殊需求,对机器人进行总体设计,提出一种适应飞机大曲率壁面的机器人设计方案。其次,建立了机器人的非完整动力学模型,并在该模型基础上对机器人进行了反步控制算法设计。再次,根据飞机蒙皮检测机器人的特点及设计要求,对机器人控制系统进行总体设计和分析,从控制系统的硬件和软件两方面提出了设计方案。控制系统硬件的设计包括对控制器、无线模块、吸盘、步进电机等的选型,对气压传感器、倾角传感器的标定,以及部分驱动电路的设计。针对机器人的运动特点,分别进行了机器人基础软件设计和性能优化设计。通过基础软件设计,控制系统实现了对机器人的基本控制功能,通过机器人性能优化的软件设计,提高了机器人运行速度和安全性。最后,将控制系统集成到机器人机械本体上,搭建了完整的试验平台。通过一系列具体实验,验证了机器人控制系统硬件设计和软件设计的正确性、有效性和可靠性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章 绪论  13-20
  1.1 课题研究背景、目的和意义  13-14
  1.2 飞机蒙皮检测机器人研究现状  14-16
  1.3 机器人嵌入式控制系统研究概况  16-18
  1.4 主要研究内容  18-20
第二章 机器人总体方案与结构设计  20-28
  2.1 机器人性能分析  20-21
  2.2 机器人总体设计  21-27
    2.2.1 驱动方式选择  21-22
    2.2.2 移动方式选择  22-23
    2.2.3 吸附方式选择  23
    2.2.4 机器人机械结构  23-24
    2.2.5 机器人样机  24-25
    2.2.6 机器人运动步态分析  25-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章 机器人动力学建模与控制算法设计  28-34
  3.1. 动力学建模  28-30
    3.1.1 非完整约束方程求解  28
    3.1.2 动力学建模  28-30
  3.2 反步控制算法设计  30-31
  3.3 仿真分析  31-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章 机器人控制系统硬件设计  34-46
  4.1 硬件总体方案设计  34-36
  4.2 硬件选型与设计  36-45
    4.2.1 控制器  36-37
    4.2.2 无线模块选型  37-38
    4.2.3 吸盘选型  38-40
    4.2.4 电机选型  40-42
    4.2.5 气压传感器  42-44
    4.2.6 倾角传感器  44
    4.2.7 A/D 采样电路设计  44-45
    4.2.8 电源设计  45
  4.3 本章小结  45-46
第五章 机器人控制系统软件设计  46-61
  5.1 软件总体设计  46-48
    5.1.1 上位机软件设计  46-47
    5.1.2 下位机软件设计  47-48
  5.2 控制系统基础软件设计  48-54
    5.2.1 PWM 生成软件设计  48-49
    5.2.2 A/D 采样中值滤波算法  49-50
    5.2.3 转动电机控制软件设计  50
    5.2.4 吸盘脚控制软件设计  50-51
    5.2.5 吸盘脚切换吸附软件设计  51-53
    5.2.6 上位机与 DSP 无线通信协议  53-54
  5.3 机器人性能优化软件设计  54-60
    5.3.1 步进电机加减速软件设计  54-56
    5.3.2 曲面变速软件设计  56-59
    5.3.3 吸盘脚智能控制软件设计  59-60
  5.4 本章小结  60-61
第六章 机器人控制系统实验研究  61-70
  6.1 试验系统构建  61-62
  6.2 吸盘脚智能控制实验  62-63
  6.3 机器人飞机表面行走实验  63-65
  6.4 机器人直线移动步态实验  65-66
  6.5 机器人转动步态实验  66-67
  6.6 飞机蒙皮动态检测实验  67-69
  6.7 本章小结  69-70
总结  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
在学期间的研究成果及发表的学术论文  75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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