基于DSP的排爆机器人控制系统的设计与实现

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近年来,恐怖主义在世界上活动频繁,许多国家都在不遗余力的打击恐怖主义。机器人的发展无疑给反恐战争提供了有力的武器保证。反恐排爆机器人的研究开发逐渐成为特种机器人的研究热点。我国的反恐形势非常严峻,国内逐渐重视起排爆机器人的研制工作。本论文针对国家“863”计划中的排爆机器人控制器进行了设计和研究。所研制的排爆机器人可以在危险环境下对可疑的爆炸物品进行检查、抓取、搬运和销毁,也可以应用在危险、有毒、有害的恶劣环境中,进行侦察、消防、救援,以及在核工业中核辐射环境下的作业。 本文首先从排爆机器人的国内外研究现状出发,得出排爆机器人控制器的一般架构,并且通过介绍我们所设计的排爆机器人机械本体结构,确定了机器人控制系统的总体方案,提出了包括遥控操作者在内的闭环控制系统。然后,本文通过分析比较现有的各个控制器的优缺点,选择了DSP作为排爆机器人的主控制器。 本文重点介绍了排爆机器人控制器的硬件设计和软件设计。硬件设计包括了电源模块、输入输出模块、信号采集模块、驱动模块和串口通信模块的电路设计。软件部分则根据上下位机分别讨论了控制软件的总体结构,操纵杆算法,无线通信协议和流程,以及行走控制、信息采集、云台控制、辅助控制等子模块。为了提高软件的可靠性,文章还提出了在软件上增加抗干扰性的方法——设置软件陷阱和设置看门狗模块。 本文针对具有较大关节齿轮间隙的机械手,采用了数字PID的控制方法,达到了机械手三关节联动的控制效果。为了解决关节具有较大齿隙的缺陷,在程序中设置了死区控制,并且适当的调低速度,尽量避开了齿隙环节对控制系统的影响。同时,本文还提出了以相位超前校正网络来补偿齿隙环节的方法,并且在matlab中验证了方法的正确性。 本文还简单介绍了优化DSP控制程序的方法。经过优化后的控制程序可以运行在更高的采样率基础上,增加了系统控制的稳定性。最后,本文介绍了行走模块,机械手联动和无线通信模块等的功能调试。实践证明,DSP作为排爆机器人的控制器是完全可行的。
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