【摘要】：隨著公路隧道、鐵路隧道基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)里程增加,對于隧道軌道機器人有了重大需求。國內(nèi)對于懸掛式軌道機器人研究主要集中在巡檢、火災(zāi)探測方面,但并沒有深入研究軌道機器人多數(shù)據(jù)融合定位問題。在隧道環(huán)境復(fù)雜及光線不足條件下,實現(xiàn)軌道機器人的控制及全局定位成為亟待解決的問題。本文對該問題展開了相關(guān)研究,主要研究內(nèi)容如下:首先分析了系統(tǒng)設(shè)計需求,使用Solidworks設(shè)計軌道機器人機械結(jié)構(gòu)及3D模型,分別設(shè)計車體、驅(qū)動輪、輪軸、軌道、路標(biāo)的機械結(jié)構(gòu),加工軌道機器人的各個零件,設(shè)計并搭建軌道機器人行駛軌道。設(shè)計了軌道機器人的數(shù)據(jù)采集、電氣、通信系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括速度檢測電路、慣導(dǎo)傳感器電路、路標(biāo)檢測模塊等;電氣系統(tǒng)包括電機驅(qū)動電路、電源管理電路、電壓電流檢測電路。通信系統(tǒng)包括CAN總線電路以及無線模塊。在此基礎(chǔ)上,整合以上各個模塊,完成了主控制器電路板的設(shè)計。然后研究基于卡爾曼濾波的多傳感數(shù)據(jù)融合軌道機器人全局定位算法,包括區(qū)間定位和區(qū)間內(nèi)定位。設(shè)定軌道定位坐標(biāo)系及軌道機器人自身坐標(biāo)系。研究光電傳感器提取的路標(biāo)特征值,建立路標(biāo)子區(qū)間及區(qū)間編碼,并根據(jù)匹配算法進行區(qū)間定位。根據(jù)測量編碼器和慣導(dǎo)傳感器的數(shù)據(jù),建立軌道機器人區(qū)間內(nèi)定位數(shù)學(xué)模型,實現(xiàn)其在區(qū)間內(nèi)定位。結(jié)合區(qū)間定位和區(qū)間內(nèi)定位數(shù)據(jù),實現(xiàn)軌道機器人全局定位。最后搭建實驗測試平臺,分析系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)框圖,編寫主控制器的程序,并對路標(biāo)、編碼器、慣導(dǎo)傳感器的定位數(shù)據(jù)進行處理融合。完成了基本性能實驗、慣導(dǎo)傳感器全局定位實驗、多數(shù)據(jù)融合全局定位實驗。通過實驗數(shù)據(jù)分析了軌道機器人的性能,實驗結(jié)果表明:軌道機器人多傳感器融合定位精度高于單一傳感器定位精度,為研究成果的產(chǎn)品化提供了重要依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242
【圖文】：

圖 2.1 懸掛式機器人車體俯視圖，懸掛式機器人俯視圖如圖 2.2 所示，平臺結(jié)構(gòu)呈對稱布置，兩個電，電機通過蝸桿減速機齒輪與驅(qū)動輪的大齒輪相連，利用蝸桿傳動的實現(xiàn)對車身的速度控制。車體有四個車輪，其中后面兩個輪子只作為輪子，即能作為承重輪，又能作為驅(qū)動輪，可以實現(xiàn)差速控制。本設(shè)帶帶動驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)車體移動；設(shè)計電機安裝方便，同步輪根據(jù)載重的大小還可以選擇更換不同功率電機。9 8 4 7 63 5210

圖 2.3 同步輪設(shè)計圖與實物圖輪軸設(shè)計器人車體與機器人輪子之間通過軸和軸承連接在一起，輪子承車體的重量使用 45# 鍍鉻棒硬軸加工而成，且均使用高精度機床加工處理。每個軸長留有軸承卡簧，軸兩頭分別安裝外徑 26mm、內(nèi)徑 9mm 的軸承，軸承嵌器人車體上。下圖 2.4 為軸設(shè)計圖，2.5 為實物圖。圖 2.4 軸設(shè)計圖

圖 2.3 同步輪設(shè)計圖與實物圖設(shè)計人車體與機器人輪子之間通過軸和軸承連接在一起，輪子承車體的用 45# 鍍鉻棒硬軸加工而成，且均使用高精度機床加工處理。每個軸有軸承卡簧，軸兩頭分別安裝外徑 26mm、內(nèi)徑 9mm 的軸承，軸承人車體上。下圖 2.4 為軸設(shè)計圖，2.5 為實物圖。

【參考文獻】

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本文編號：2777574