除锈爬壁机器人控制系统的方案设计书.pdf

除锈爬壁机器人控制系统的设计 1 前言 控制系统是船舶壁面除锈爬壁机器人的重要组成部分，其负责完成对除锈爬壁机器人的 行走和转向功能的控制，使机器人能够按照预定的轨迹去工作，因此对除锈爬壁机器人控制 系统提出如下基本要求 :矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 (1)控制系统方便、可靠性高、操作灵活，便于操作人员使用。 (2)通过功能按键可以设定机器人的多极移动速度，并可实时调整运动方向和运动速度，实 现机器人在船体表面上的全方位移动。 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 (3) 由于船舶除锈现场环境恶劣，除锈爬壁机器人的工作环境制约了其控制方式， 本系统采用简单实用、可靠性高的有线遥控，其控制距离需大于 30M 。 (4)控制系统能实现除锈爬壁机器人的简单作业，保证机器人在爬行过程中的除锈质量。 2 除锈爬壁机器人控制系统的总体方案 除锈爬壁机器人在船体表面上的行走和转向是通过左右两个交流伺服电机的驱动来 实现的。当左右两个伺服电机的转速与转向相同时，爬壁除锈机器人在船体表面上实现 直线行走。电机正转时，机器人前进。电机反转时，机器人后退。当左右两个伺服电机 的转向相反时，除锈爬壁机器人在船体表面上实现转向。 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 综合考虑各种控制形式的优缺点，结合船舶除锈的实际情况，爬壁机器人的控制系 统采用上下位机二级分布式控制方式，以保证即使在无操作人员参与的情况下，下位机 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 也可以按照上位机通过串口预先给定的指令和参数实现自主作业，从而使船舶壁面除锈 爬壁机器人具有高效除锈、自动化水平高和减少操作人员操作强度的性能。操作人员也 以通过观测船体表面的实际锈蚀状况，根据除锈爬壁机器人的实际作业情况，随时切换 到人工操作状态，以提高机器人的实时性、实用性和高效性。 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 在本控制系统中，上位机和下位机都是基于单片机而设计的。上位机是以 AT89C51 单片机系统为核心的控制系统，主要由 AT89C51 单片机、矩阵键盘以及标准的 RS一 485 接口构成，其作用是通过各功能按键向下位机发送指令，以实现对爬壁机器人伺服 电机的远程控制。下位机控制器安装于机器人本体的背面，控制器内部装有两个伺服电 机驱 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 动器、直流电源模块、和控制电路板。下位机控制电路板也是以 AT89C51 单片机系统 为核心，主要由 AT89C51 单片机、 8155 扩展 1/0 接口电路、 D 尽、转换与运算放大电 路、 数字量输入输出接口电路、电源转换电路以及与上位机进行通讯的 RS一 485 标准接口 构 成，其作用是根据上位机传送的初始化参数和动作指令进行动作，控制左右两个伺服驱 动器，驱动左右两个交流伺服电机运动，从而控制除锈爬壁机器人的行走和转向。图 1 为除锈爬壁机器人控制系统总体框图。 图 1 除锈爬墙机器人控制系统总体结构框图 3 除锈爬壁机器人控制系统的硬件设计 3.1 下位机控制系统的硬件设计 下位机控制系统是爬壁机器人控制系统的核心部分，其主要功能是实现对左右伺服 电机的运动控制以及与上位单片机控制系统之间进行通讯，以完成对机器人作业的控 制。整个下位机控制硬件主要由两个伺服电机驱动器和下位单片机控制电路板构成。下 位单片机控制电路板主要输出模拟量电压信号来控制左右两个伺服驱动器，进而控制左 右两个伺服电机的运转，从而达到控制除锈爬壁机器人行走与转向的目的，同时它又担 负着和上位机控制器之间的通讯任务，将上位机传送过来的控制指令处理后，再将相应 的电压信号传递给伺服驱动器，从而实现遥控操作的功能。整个下位机电路板由 AT89C51 单片机、 8155FO 口扩展电