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微型爬壁机器人运动控制的无线通信系统研究
资料介绍
本文在863计划项目微型步行爬壁机器人研究的基础上,针对机器人研究的问题及需要,结合微型机器人的特点,提出并设计制作了适用于本机器人的无线测控平台,以实现对机器人的无缆化控制操作。
本论文的研究过程做了以下工作:
研究了国内外爬壁机器人的现状及爬壁机器人所需的关键技术,结合本课题中微型爬壁机器人的设计技术指标和驱动控制方法,制作了微型机器人各个部分的零件并组装成实体。设计制作的机器人总尺寸按照20mm*20mm*30mm标准,采用新型电磁单层驱动方式。根据对机器人运动的分析,讨论了运动控制方法和步态控制时序,推导机器人运动学模型,分析了机器人运动速度、运动模式与步态间的关系,为机器人无线控制系统设计奠定基础。
针对机器人特点和机器人无缆化的要求,开发制作无线控制系统,该系统采用双控制器控制,即基于51单片机的机器人控制部分和基于ARM内核的远程主控部分。机器人控制部分采用锂聚合物电池供电,以51单片机为嵌入式控制核心,L9110芯片做驱动电路,根据机器人运动步态特点,设计硬件电路并开发了运动控制的时序并对其进行了仿真。机器人主控平台采用ARM+Linux结构,完成嵌入式交叉编译环境的搭建,搭建嵌入式软件开发平台,为ARM嵌入式板s3c2440编译并移植嵌入式 Linux操作系统,开发 Linux设备驱动程序,介绍并开发了Qt/Embedded程序,为机器人操作提供简单、直观的人机交互界面,方便实现对机器人的操作,满足便携式需求。两部分通过无线互联,在综合比较各通信方式的基础上,采用2.4GHz射频通信模块nRF24L01作为无线通信核心,该模块具有体积小、通信速度快,抗干扰能力强,携带数据量大等特点,能满足传输音频、视屏信息,温度等传感信息。开发设计了51单片机与nRF24L01模块的驱动程序。
设计硬件电路并绘制机器人控制电路PCB实验板,对电路进行焊接,整个控制部分尺寸可压缩到20mm*10mm*35mm,质量不足20g;完成对整个系统的测试工作,包括无线通信系统测试,单片机控制系统测试,微型机器人驱动电路测试及整机测试。经过调试及测试,本系统能够实现无线通信控制,距离50m,操作界面方便,交互性良好。
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