救援机器人控制系统的设计论文

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1、救援机器人控制系统的设计毕业论文目录摘要IAbstractII1绪论11.1引言11.2国内外研究现状11.2.1国外研究现状11.2.2国内研究现状21.3本文研究的主要任务21.4本章小结32总体设计方案42.1救援机器人机械结构42.2救援机器人工作原理52.2.1机械手工作原理52.2.2测距原理62.3控制系统总体方案设计62.3.1控制系统总体方案图62.3.2ATMega8介绍72.4本章小结83控制系统的硬件电路设计及软件控制93.1测距系统93.2驱动电路113.3前置放大电路123.4控制系统总体设计1

2、23.5救援机器人的软件设计133.6本章小结144PID控制算法154.1PID控制简介154.2PID控制原理与程序流程154.2.1过程控制的基本概念154.2.2模拟PID调节器164.2.3数字PID控制器17484.2.4PID算法的程序流程184.3标准PID算法的改进204.3.1微分项的改进204.3.2积分项的改进214.4数字PID参数的选择234.4.1采样周期的选择234.4.2数字PID控制的参数选择244.5偏差处理264.6控制算法的实现264.7控制量处理274.8本章小结275救援机器人

3、控制系统建模与仿真分析285.1为控制系统建立数学模型285.1.1按工程设计方法设计电流PID调节器285.1.2按工程方法设计转速PID调节器325.2电流、转速PID双闭环控制系统的动态性能指标分析335.3电流控制器、转速控制器系统在Simulink环境下性能仿真分析375.4基于模糊PID控制设计及仿真425.4.1模糊控制系统的工作原理425.4.2模糊控制器的基本结构425.4.3模糊-PID控制算法435.4.4模糊-PID控制器设计455.4.5模糊-PID控制系统仿真456结论与展望476.1主要研究成

4、果476.2未来工作及展望47致谢49参考文献50481绪论1.1引言地震、火灾、矿难等灾难发生后，在废墟中搜寻幸存者．给予必要的医疗救助，并尽快救出被困者是救援人员面临的紧迫任务。实际经验表明，超过48小时后被困在废墟中的幸存者存活的概率变得越来越低”。由于灾难现场情况复杂，在救援人员自身安全得不到保证的情况下是很难进人现场开展救援工作的，此外，废墟中形成的狭小空阀使控救人员甚至搜救犬也无法进入。灾难搜救机器人可以很好地解决上述问题。机器人可以在灾难发生后第一时间进人灾难现场寻找幸存者，对被困人员提供基本的医疗救助服务，

5、进入救援人员无法进入的现场搜集有关信息并反馈给救援指挥中心等。灾后救援是人类需要共同应对的挑战。面对世界范围内频繁发生的自然灾难和人为灾难，人类需要共同探讨救援对策，研究救援技术。面对越来越复杂和危险的救援环境，机器人协助甚至代替人类参与救援工作成为当今救援的重要手段和议题。国际上每年都有专门的会议研讨救援机器人技术，如：IEEEInternationalWorkshoponSafety,SecurityandRescueRobotics(SSRR)等。此外，还有各种测试救援机器人技术的比赛，如RobocopRescue等

6、。Robocop比赛是机器人领域的世界杯，为检验各项机器人技术提供了一个标准测试环境和平台，各国机器人研究人员和爱好者可以相互交流，共同促进机器人技术的发展。RoboCupRescueLeague是于2001年加入Robocop的比赛项目。比赛以在规定时间内找到遇难伤员数目的多少和获取灾难现场地图的精确度为测试内容和标准，旨在助推救援机器人技术的发展和面向实际的应用。本文主要是对救援机器人控制系统的研究。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状近十年来，尤其是“911”事件之后，美国、日本等西方发达国家在地震、火灾等救援

7、机器人的研究方面做了大量的工作，研究出了各种可用于灾难现场救援的机器人，技术日益成熟，并进入实用化阶段，日本、美国、英国等已开始装备使用。在灾难现场中，救灾机器人应能迅速找到幸存者的位置。48日本大阪大学研制出蛇形机器人，能在高低不平的模拟废墟上前进，其顶端带有一部小型监视器，身体部位安装传感器，可以在地震后的废墟里寻找幸存者。美国iRobot公司研制了PackBot系列机器人，能适应崎岖不平的地形环境和爬楼梯，主要执行侦察任务、寻找幸存者、勘探化学品泄漏等任务。InuKtun公司研制了机器人MicroVGTV，机身可变位

8、，采用电缆控制，含有直视的彩色摄像头，并带有微型话筒和扬声器，可用于与压在废墟中的幸存者通话，适用于在小的孔洞和空间中执行任务。除了前面的中小型救灾机器人，微型救灾机器人也正在研究中，美国加州大学伯克利分校研制出世界第一个苍蝇机器人，通过装在它脑袋上的微型传感器与微型摄像机，可以到倒塌的建筑物废墟底下或