多单元串联巡检机器人控制策略与控制系统设计研究

作     者：贺长林 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：房立金

授予年度：2019年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：多单元串联巡检机器人 分层规划 有限状态机 越障 

摘      要：随着当今社会的发展,机器人技术越来越多的应用在人们日常的工作生活中。高压输电线路巡检机器人作为一款能够代替人力在复杂环境下从事艰难工作的特种机器人也将势必得到越来越多的重视。高压输电线路巡检机器人在对高压线路自主行进进行巡检工作时,必须要跨越输电线路上存在的各种各样的电力金具,这就给高压线路巡检机器人的结构设计要求,越障流程规划与控制系统设计带来了一系列的困难与问题。因此,本文以参与设计的一款多单元串联巡检机器人为载体,结合其结构特点与工作需求设计了一种适用于高压线路巡检机器人的控制策略方法与该方法对应的控制系统,并对样机进行了实验验证其有效可行。本文的主要研究内容如下:首先,对高压线路巡检机器人这种特种机器人的特定工作环境与电力金具种类进行分析,还对多单元串联巡检机器人结构进行分析并对其进行运动学分析,运用MATLAB对其建立D-H模型分析其工作空间。其次,结合有限状态机理论对机器人进行分层规划控制策略分析,将其分为线路信息库层、动作规划层和执行规划层。线路信息库层根据要检测的高压输电线路上的已知信息所得,其中包括障碍物种类、位置、数量等信息。整体动作规划层和执行规划层根据有限状态机理论总结即为当输入事件为a（第二层动作规划层）时,在f（第三层执行规划）的作用下,将状态q（机器人起始状态）映射到状态p（机器人终止状态）。还对各个关节角进行逆运动学求解以及轨迹规划工作。然后,根据机器人的本体结构与工作任务完成对控制系统设计与硬件选型并对控制系统完成了整体搭建。进一步分析了机器人与直流伺服电机传动部分的数学模型,得出关节角与电机转速的对应关系。还结合C语言运用Keil uVision5软件对机器人的运动方式进行程序化处理。最后,对机器人的轨迹规划与运动过程应用MATLAB进行了仿真。还在实验室对机器人搭建了实验平台,设计实验测量了机器人的一些参数并验证了本文的控制策略及控制系统有效可行。