基于网络控制的四轮驱动巡检小车的设计与应用

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由于核电站内结构复杂、环境恶劣等因素,采用移动机器人代替人进行一些日常的巡检,设备维修,处理应急事务等,可大大降低核电站工作人员受辐射的程度和提高核电站的运行效率,带来巨大的经济效益。因此,研制机动灵活并能够远程控制的移动机器人已成为一种趋势。本文设计并制作了能够通过Internet远程控制的四轮驱动巡检小车。核电站内复杂的结构要求巡检小车的运动要有足够的灵活性,因此小车采用四轮驱动结构。论文完成了小车的机构设计及其控制电路设计。小车的硬件电路采用模块化设计,包括主控制器模块,电源模块,电机驱动模块,测速模块,通信模块,温度检测模块,辅助调试模块。为了实现对小车运动轨迹的精确控制,建立了小车四轮转速各异的滑动转向模型,将对小车车体速度和轨迹的控制转换到对四个车轮转速的控制上来。论文进行了小车轨迹控制的实际实验,实验结果表明小车能够按照期望的轨迹转弯或直线运行,在做圆周运动时误差在3%-5%之间。准确的数学模型是前提,有效的控制算法是关键。巡检小车的转速控制采用PID控制算法。PID控制器的性能主要由PID三个参数决定,传统的PID参数整定都是采用经验加试凑的方法,效率比较低,本文采用蚁群算法对PID参数进行寻优,可以快速找到系统的最优PID控制参数,优化系统性能和提高项目开发效率。实验结果表明,采用优化的PID参数能够使各个车轮的速度快速准确地跟随设定值,过渡时间为0.3s,无稳态误差,无超调。为实现小车的远程控制,在小车上装备了配有摄像头的WIFI模块,并自主设计了上位机远程控制客户端软件。通过客户端软件可以向小车发送控制指令,以Internet为信息通道来实现对小车的远程控制。巡检小车在任务现场实时采集视频,温度,小车速度等信息,通过Internet传递到上位机,并在客户端实时显示。实验结果表明,在上位机可以流畅的显示任务现场的视频及各种其他信息,操作界面简洁且人性化,小车也能准确接收到上位机的控制命令,并按照命令进行相关运动。
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