大型粮面自主巡视机器人控制系统设计

发布时间：2023-05-03 15:58

　　粮食是战略储备物资,确保储粮安全是我国一项需长期坚持的战略任务。我国的粮食储藏时间通常较长,为了防止虫害和粮食变质,除了对粮食进行投药熏蒸,一些粮库还会采用低氧和高二氧化碳的环境进行储粮,而这些环境因素都会危害到粮仓工作人员的人身安全。此外,由于粮食的颗粒流动特性,工作人员在粮仓粮面上行走容易下陷,需要在粮仓中间位置铺设走道板以便工作人员入仓查看、取样,而我国粮库单仓容量较大,很难实现对粮仓的全面查看。为了保障工作人员的安全,弥补传统人工查看模式存在的不足,设计一款在粮面巡视的机器人,为了确保机器人在粮面顺畅自主的行走,控制系统的设计成了粮面巡视机器人的设计重点。根据粮堆的散粒体特性,机器人巡视系统选用履带式机器人。为了保证粮面巡视履带机器人在粮堆表面顺畅自如地行走,考虑履带底盘和车架的重量、结构以及载重目标等因素,确定履带机器人的动力设计目标。履带底盘和车架重量50kg,尺寸1200?1000?600 mm,最大负载包括电池共100kg,最大爬坡角度30°以及满载最大行驶速度1.0m/s。根据动力学目标,确定无刷直流电机的额定扭矩、额定功率。最后确定电机和动力电池的各项参数。根据选用...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究的背景与意义
    1.2 履带式机器人研究现状
    1.3 室内无线定位技术研究现状
    1.4 主要研究内容
2 粮面巡视机器人控制系统总体设计
    2.1 系统总体设计
    2.2 粮面巡视机器人驱动控制系统
    2.3 粮面巡视机器人定位系统
    2.4 粮面巡视机器人避障系统
    2.5 本章小结
3 粮面巡视机器人驱动控制系统
    3.1 驱动控制系统硬件设计
        3.1.1 电机配置
        3.1.2 电机驱动控制总体结构
        3.1.3 电机驱动控制电路
    3.2 无刷直流电机控制算法
        3.2.1 无刷直流电机双闭环控制结构
        3.2.2 PID调速原理
        3.2.3 数字PID控制
        3.2.4 PID整定
    3.3 差速控制系统的设计
        3.3.1 粮面巡视履带机器人转弯模型
        3.3.2 遥控信号
    3.4 本章小结
4 粮面巡视机器人定位系统
    4.1 超宽带定位技术
        4.1.1 AOA定位技术
        4.1.2 TOA定位技术
        4.1.3 TDOA定位技术
    4.2 粮面巡视机器人定位系统硬件结构及其软件流程
        4.2.1 超宽带模块硬件结构
        4.2.2 DW1000射频芯片及其外围电路
        4.2.3 无线通信模块
        4.2.4 超宽带测量数据的获取与处理
    4.3 超宽带经典定位算法
        4.3.1 Chan氏定位算法
        4.3.2 Taylor算法
        4.3.3 算法的性能评价标准
        4.3.4 基本算法仿真及分析
    4.4 基于Chan氏与改进UKF混合定位算法
        4.4.1 UKF算法
        4.4.2 基于Chan氏与改进UKF混合定位算法
        4.4.3 算法测试及数据分析
    4.5 本章小结
5 避障系统以及上位机软件的设计
    5.1 避障系统
        5.1.1 激光雷达扫描数据的获取与处理
        5.1.2 自主避障的实现
    5.2 上位机软件
        5.2.1 上位机界面
        5.2.2 粮面巡视机器人与上位机软件的通信协议
    5.3 本章小结
6 系统实验测试
    6.1 粮面巡视履带机器人定位系统测试
        6.1.1 单个静态点精度测试
        6.1.2 移动轨迹定位测试
    6.2 粮面巡视履带机器人自主运动测试
        6.2.1 达到目标点位精度测试
        6.2.2 自主运动定点精度测试
    6.3 本章小结
7 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
个人简历



本文编号：3807012