换流阀厅壁面清洁机器人的控制系统设计与研究
发布时间：2023-12-05 18:54
换流阀大厅壁面的有效清洁对变电站的正常运行具有重要的意义和工程应用价值,本论文研究的机器人主要实现对在换流阀大厅内壁的长期有效清洁,而作为爬壁机器人的核心,控制系统的优良对整个机器人的性能方面起到非常重要的作用。论文以差速履带式爬壁机器人为研究对象,设计了基于ARM的控制系统,并对爬壁机器人的算法进行研究,具体研究内容及成果如下:(1)在爬壁清洁机器人本体机构的基础上,设计爬壁机器人控制系统硬件电路设计,主要是以STM32微控制器为核心的各个模块的电路设计,包括电机驱动电路、信号采集电路、通信电路、图像处理模块硬件设计,以及控制电路板设计和控制电路板抗干扰特性研究。(2)控制系统软件设计方面,针对机器人的运动特点,通过基础软件设计,包括上位机和下位机软件设计,控制系统实现了对机器人的基本控制功能,为了用户能更好的操控爬壁清洁机器人,开发了相应的安卓应用程序;通过图像处理算法设计,设计壁面清洁度判别方法,更好的完成机器人清洁壁面的任务。(3)将控制系统集成到爬壁机器人本体上,搭建了完整的试验平台并进行直道行驶、导向测试等试验,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...
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第1章 绪论
1.1 论文研究背景及研究意义
1.2 国内外研究现状与分析
1.2.1 轮式爬壁清洁机器人及控制系统研究现状
1.2.2 多足式爬壁清洁机器人及控制系统研究现状
1.2.3 履带式爬壁清洁机器人及控制系统研究现状
1.3 爬壁机器人性能分析
1.4 论文主要研究内容
1.5 本章小结
第2章 爬壁清洁机器人控制系统硬件设计
2.1 引言
2.2 爬壁清洁机器人总体结构概况
2.3 硬件电路总体框架设计
2.3.1 硬件电路总体结构
2.3.2 芯片的选择
2.3.3 引脚配置说明及分配
2.3.4 电频转换电路
2.4 电机驱动电路
2.4.1 移动和升降机构电机驱动
2.4.2 清扫机构电机驱动
2.4.3 吸尘机构电机驱动
2.5 信号采集电路
2.5.1 测距传感器采集信号
2.5.2 角度传感器采集信号
2.6 通信电路设计
2.7 图像处理模块硬件设计
2.7.1 DSP嵌入式图像处理平台总体设计
2.7.2 图像采集模块
2.7.3 DSP图像处理模块
2.7.4 图像显示模块
2.8 PCB板硬件电路设计制作
2.8.1 PCB电路板设计
2.8.2 PCB实物图
2.9 控制电路板抗干扰特性研究
2.9.1 干扰信号的来源
2.9.2 干扰源对控制电路板的耦合方式
2.9.3 抗干扰的基本措施
2.10 本章小结
第3章 控制系统软件设计
3.1 引言
3.2 上位机软件控制方法设计
3.2.1 上位机软件应用
3.2.2 人机交互界面的设计
3.3 下位机软件控制方法设计
3.3.1 步进电机PWM脉冲发生控制方法设计
3.3.2 红外传感器A/D采样滤波算法
3.3.3 吸尘任务软件控制方法设计
3.3.4 清洁任务软件控制方法设计
3.4 上位机与下位机之间的通信设计
3.5 爬壁清洁机器人运动控制算法
3.5.1 差速运动机器人的运动学模型
3.5.2 直线行走控制
3.6 本章小结
第4章 数字图像处理的分析与研究
4.1 引言
4.2 原始图像的采集
4.3 图像预处理
4.3.1 图像灰度化
4.3.2 图像噪声的产生和分类
4.3.3 图像去噪
4.3.4 图像锐化
4.3.5 预处理效果分析
4.4 图像阈值二值化处理
4.4.1 双峰法
4.4.2 迭代法
4.4.3 大律法
4.5 图像识别
4.5.1 特征提取
4.5.2 图像识别和清洁度判定方法
4.6 本章小结
第5章 样机制作与试验
5.1 引言
5.2 样机制作
5.3 直道行驶试验
5.4 导向测试试验
5.5 图像处理试验分析结果
5.6 本章小结
第6章 总结和展望
6.1 总结
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间参加的科研项目和成果
本文编号：3870702
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第1章 绪论
1.1 论文研究背景及研究意义
1.2 国内外研究现状与分析
1.2.1 轮式爬壁清洁机器人及控制系统研究现状
1.2.2 多足式爬壁清洁机器人及控制系统研究现状
1.2.3 履带式爬壁清洁机器人及控制系统研究现状
1.3 爬壁机器人性能分析
1.4 论文主要研究内容
1.5 本章小结
第2章 爬壁清洁机器人控制系统硬件设计
2.1 引言
2.2 爬壁清洁机器人总体结构概况
2.3 硬件电路总体框架设计
2.3.1 硬件电路总体结构
2.3.2 芯片的选择
2.3.3 引脚配置说明及分配
2.3.4 电频转换电路
2.4 电机驱动电路
2.4.1 移动和升降机构电机驱动
2.4.2 清扫机构电机驱动
2.4.3 吸尘机构电机驱动
2.5 信号采集电路
2.5.1 测距传感器采集信号
2.5.2 角度传感器采集信号
2.6 通信电路设计
2.7 图像处理模块硬件设计
2.7.1 DSP嵌入式图像处理平台总体设计
2.7.2 图像采集模块
2.7.3 DSP图像处理模块
2.7.4 图像显示模块
2.8 PCB板硬件电路设计制作
2.8.1 PCB电路板设计
2.8.2 PCB实物图
2.9 控制电路板抗干扰特性研究
2.9.1 干扰信号的来源
2.9.2 干扰源对控制电路板的耦合方式
2.9.3 抗干扰的基本措施
2.10 本章小结
第3章 控制系统软件设计
3.1 引言
3.2 上位机软件控制方法设计
3.2.1 上位机软件应用
3.2.2 人机交互界面的设计
3.3 下位机软件控制方法设计
3.3.1 步进电机PWM脉冲发生控制方法设计
3.3.2 红外传感器A/D采样滤波算法
3.3.3 吸尘任务软件控制方法设计
3.3.4 清洁任务软件控制方法设计
3.4 上位机与下位机之间的通信设计
3.5 爬壁清洁机器人运动控制算法
3.5.1 差速运动机器人的运动学模型
3.5.2 直线行走控制
3.6 本章小结
第4章 数字图像处理的分析与研究
4.1 引言
4.2 原始图像的采集
4.3 图像预处理
4.3.1 图像灰度化
4.3.2 图像噪声的产生和分类
4.3.3 图像去噪
4.3.4 图像锐化
4.3.5 预处理效果分析
4.4 图像阈值二值化处理
4.4.1 双峰法
4.4.2 迭代法
4.4.3 大律法
4.5 图像识别
4.5.1 特征提取
4.5.2 图像识别和清洁度判定方法
4.6 本章小结
第5章 样机制作与试验
5.1 引言
5.2 样机制作
5.3 直道行驶试验
5.4 导向测试试验
5.5 图像处理试验分析结果
5.6 本章小结
第6章 总结和展望
6.1 总结
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间参加的科研项目和成果
本文编号：3870702
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3870702.html