轮桨腿一体化两栖机器人控制系统研究与设计

轮桨腿一体化两栖机器人是一种既可以在陆地、滩涂、海底爬行，又可以在极浅水海域浮游的特种机器人。其研究与开发，对海洋环境调查、滩涂沼泽研究取样、军事两栖探雷与灭雷以及水下传感网络等都具有重要意义。这种新型两栖机器人作业环境复杂、运动模式多样，其运行机理、控制策略和建模方法等关键技术与传统的陆地或水下机器人有所不同。轮桨腿一体化两栖机器人控制系统的研究与设计，对轮桨腿一体化两栖机器人样机的实现及各项关键技术的进一步研究具有重要意义。 本文以轮桨腿一体化两栖机器人样机功能实现为目的，针对机器人载体具有的模块化、可重构和可扩展等特性，采用开放式设计思想，对控制系统软、硬件进行开放式设计。硬件上，采用基于CAN总线的分布式控制系统，便于实现功能节点的扩展，并且采用片内集成CAN控制器的ARM处理器，便于实现与CAN总线接口且具有较低的功耗。软件上，控制软件建立在μC/OS-II嵌入式实时操作系统之上，采用分层和模块化结构，以实现软件系统的开放性。同时，针对机器人载体空间狭小、难以布置下外购电机驱动器的特点，自行设计了体积较小且驱动能力较强的专用电机驱动电路。 第1章简要介绍研究的目的和意义后，分别对两栖机器人和机器人控制系统的国内外研究现状进行了综述。第2章介绍了轮桨腿一体化两栖机器人的系统组成，包括外形结构、硬件系统结构和软件系统结构，并结合两栖机器人自身特点，介绍了其运动控制方式。第3章对轮桨腿一体化两栖机器人的硬件系统进行了研究和设计，包括节点处理器选择、主控制节点设计、CAN数据总线接口电路设计、电机驱动节点设计、故障诊断及传感器节点设计、系统电源管理方案设计六个部分。第4章针对轮桨腿一体化两栖机器人的特殊需求，制定了CAN总线应用层协议，并采用嵌入式实时操作系统进行了通信软件和电机驱动软件的设计。第5章设计了控制系统在系统编程(ISP)方案。第6章对所设计的控制系统进行了实验验证。 实验平台的测试表明，本文设计的控制系统能够可靠、稳定工作；控制系统和控制方法的设计与实现是正确并且有效的。控制系统软硬件的设计对轮桨腿一体化两栖机器人样机的实现和各项关键技术的研究奠定了良好的基础。

两栖机器人控制系统研究与实现

轮桨腿一体化两栖机器人是一种既可以在陆地、滩涂、海底爬行，又可以在 极浅水海域浮游的特种机器人。它巧妙地将水下机器人常用的螺旋桨推进器与陆 地爬行机器人的驱动轮结合为一体、将水下方向舵与陆地爬行腿结合为一体，实 现在水下浮游与陆地爬行运动模式之间自动的切换，从而能够在普通陆地爬行机 器人和水下浮游机器人无法进入的极浅水、碎浪带和海滩区域进行考察作业。 这种新型两栖机器人作业环境复杂、运动模式多样，其运行机理、控制策略 和建模方法等关键技术与传统的陆地或水下机器人有所不同。本文对轮桨腿一体 化两栖机器人控制系统进行研究，针对机器人具有的模块化、可重构和可扩展等 特性，采用开放式设计思想，完成了具有混合体系结构特点的控制系统设计，并 从硬件和软件两个方面对控制系统的实现进行了阐述。 在体系结构设计上，整个控制系统分为三层：慎思层、序列层和行为层。其 中慎思层负责基于推理的计算与决策，实现两栖机器人高层智能性；行为层负责 两栖机器人基于反应的反馈控制，其包容结构实现了两栖机器人对动态环境的快 速响应能力和适应能力；连接慎思层和行为层的序列层根据两栖机器人自身状态， 将慎思层的决策结果转化为行为层的执行序列。 在硬件设计上，控制系统由水面控制台子系统和载体控制子系统组成。水面 控制台子系统接收人的使命指令，分解成任务序列，通过CAN 总线或无线电下载 到载体控制子系统，实现慎思层的功能。载体控制子系统是由嵌入式主控计算机 节点、6 个驱动装置控制器节点、故障诊断与应急处理节点构成的基于高速CAN 总线的分布式控制系统，它根据接受到的任务目标，以及环境状态和机器人内部 状态，完成对机器人的实时控制，实现了整个系统序列层和行为层的功能。 在软件设计上，使用ANSI C 语言完成了各种硬件驱动设计、部分功能模块设 计工作。分布式控制系统各嵌入式节点在μC/OS-II 嵌入式实时操作系统的基础上 完成软件设计，并实现与其他节点之间的CAN 通信。 实验表明，本文设计的控制系统能够可靠、稳定工作，并具有良好的模块化 结构和开放性，为轮桨腿一体化两栖机器人样机的实现和各项关键技术的研究奠 定了良好的基础。

深海微型ROV耐压控制系统研究与实现

微型ROV能够搭载在7000米载人潜水器上，与载人潜水器组成子母式系统，配合载人潜水器完成较为复杂的任务。它自带能源，运动灵活，携带摄像机及多种传感器，可以在载人潜水器不能或不便进入的狭小复杂区域开展工作，有效扩展了载人潜水器的工作范围；紧急情况下，微型ROV还能够触发载人潜水器应急抛载装置，帮助潜水器脱离险境，最大限度保证水下人员安全。 传统技术上，为防止海水的腐蚀和压力的破坏作用，构成水下机器人控制系统的电子设备均被安装在高强度的耐压壳体中。然而，随着水下机器人工作深度的加大，耐压壳体的体积和重量都将大幅增加，壳体的加工、装配和密封难度也会显著上升，严重影响了整个系统的稳定性和可靠性。为避免上述弊端，微型ROV将采用耐压电子技术来搭建控制系统，并将整个系统置于油液补偿的薄壁电子舱中。电子舱内外几乎没有压差，外界压力完全由舱内电子设备来承担。 为实现上述耐压控制系统，唯一的方法就是进行大量的相关试验，筛选出能够耐压的元件、模块和系统；对于不能耐压而又无可替代的个别元件，设计一套方案，对其单独进行耐压处理。 本文在充分研究微型ROV控制系统特性的前提下，提出了一套从重要元件、功能模块到试验系统，循序渐进的试验方案，其可行性在实践中得到了验证。以该方案为指导，一系列压力试验陆续展开。试验对象包括电阻、电容、电感和二极管等重要元件，锂离子电池和电压调节电路等功能模块，以及C8051F040单片机最小系统和载体控制系统核心板等试验系统。 试验结果表明：绝大多数常用元件、模块和系统在压力环境下工作正常，参数变化量没有超出允许的范围；只有晶振等少数薄壁空腔结构的元件不能耐压，需要经过特殊处理才能使用。对于这样的元件，本文设计了行之有效的处理方案，排除了若干技术障碍，取得了良好的实际效果。 压力试验和耐压处理有效解决了微型ROV电子设备的耐压问题，为耐压控制系统的设计和实现奠定了基础，具有一定的借鉴意义和较高的实用价值。

基于CAN总线的分布式数据采集与控制系统

本文给出了一种基于 CAN总线的分布式数据采集与控制系统的设计与应用，介绍了 CAN总线的硬件接口电路设计，并对系统的整体结构、硬件配置、软件功能及各节点功能分别作了详细说明。实验表明，该系统具有结构简单、可靠性高、性能价格比高等特点，有广阔的应用前景。

OPC技术在现场总线控制系统中的应用

本文介绍了 OPC技术和 FF( Foundation Fieldbus)基金会现场总线 ,及 OPC技术在现场总线控制系统 ( FCS)中的应用和实现

AUV自动跟踪水下管道的试验研究

本文介绍了ＡＵＶ 跟踪水下管道的一种方法，讨论了几种跟踪方式的优、缺点，给出了控制系统原理图和试验结果

主从机械手遥控操作摄像机自动跟踪系统

介绍了一种摄像机云台自动跟踪控制系统 ,该系统用来实现遥控机械手主从操作时摄像机自动跟踪从手末端夹钳的运动以辅助操作员进行遥控操作 ;介绍了系统的组成、工作原理及控制算法 ;实验结果验证了算法的正确性和控制系统的可行性。

可集成的制造执行系统

制造执行系统作为企业上层事务处理和低层设备控制系统之间的中间桥梁 ,在生产计划的优化调度、生产过程的改进等方面起着越来越重要的作用 ,并得到工业界广泛的认可和应用。本文总结了制造执行系统的发展历程和存在的问题 ,简要介绍了制造执行系统的功能、信息交互关系 ,以及信息技术对制造执行系统的冲击 ,进而引入工作流管理技术、智能Agent和面向对象技术 ,提出了可集成制造执行系统的体系结构、运行机制和开发方法 ,并对该系统的市场进行了分析与预测。

多移动机器人合作系统中的单机控制体系结构研究

随着机器人技术的不断发展，出现了合作多移动机器人系统这一新的研究和应用领域，随之而来的是对机器人控制体系的新的要求．本文分析了合作多移动机器人系统对单机控制体系结构的要求，并以此为背景，在比较两种典型的智能机器人体系结构的基础上，提出一种混合分层的体系结构

点焊机器人系统通信接口分析与设计

本文叙述了点焊机器人控制系统与焊接控制系统之间的通讯信号的约定关系，叙述了系统的工作时序．并提出了一种通信接口线路

一种柔性冲压自动化生产线系统的研制

本文介绍了一种用于大型汽车覆盖件冲压生产的柔性自动化生产线，系统由６台压机、１２台上下料机械手、１台翻转传输装置、４台穿梭传输装置及１台磁力分层装置构成．给出了生产线的主要性能指标、机械手结构简图及单元控制系统框图，简要介绍了系统的工作原理。

机器人化三腿磨削机床的研制

以钢坯修磨为实用目的研制的一台机器人化三腿机床，具有刚度大、负载能力强、机构简单、工作空间大、无运动耦合及奇异位形等优点，首次解决了钢坯局部修磨自动化问题，配以其它加工执行器还可实现多种工艺要求。建立了该机床的运动学逆、正解方程，对其工作空间和受力分析进行了介绍，并介绍了局部修磨自动化控制系统

遥控移动式作业机器人实时多任务管理系统

本文介绍遥控移动式作业机器人实时多任务管理系统．该系统是在多总线和位总线相结合的计算机系统上，利用ｉＲＭＸⅡ实时多任务操作系统设计编制的实时多任务管理系统．该系统为遥控机器人提供了数据通讯，人机接口，任务作业等重要管理工作，使机器人能顺利地完成机械手操作和车体运动等重要控制功能。

基于知识的CIMS过程集成控制系统研究

在信息集成的基础上如何有效地实现功能集成，本文提出了基于知识的ＣＩＭＳ过程集成的机理，强调在ＣＩＭＳ环境下实现对任务的有效管理和优化控制，以便整体上实现ＣＩＭＳ的功能集成，实现系统的最优目标。

“探索者”号无缆水下机器人水下回收系统的设计与应用

本文详细介绍了"探索者"号无缆水下机器人水下回收系统的设计思想及电控系统的实现方法.本系统分为水上水下两部分.ROV式潜水平台型回收器,可在水下灵活运动,并可定向、定深.依靠电视跟踪技术和声纳定位技术实现回收器与水下机器人的对接.