| 【中文题名】 | 新型微管道机器人控制系统与能量转换装置的研究 |
| 【英文题名】 | Study on Control System and Energy Conversion Device of New Micro In-pipe Robot |
| 【学科专业】 | 控制理论与控制工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-9-28 |
| 【中关键词】 | 微管道机器人,流体能量,动力学模型,能量转换装置,, |
| 【英关键词】 | micro in-pipe robot,flowing object energy,dynamics model,energy conversion device, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>机器人技术>机器人> |
| 【论文摘要】 |
微管道机器人有着广泛的应用前景和社会需求，它可以应用于工业、农业、航空、航天、国防、冶金、石油化工及城市水暖供应等领域。微管道机器人技术是多学科技术的综合，它是驱动器、传动装置、传感器、控制器、电源等的高度集成。目前的微管道机器人受到能源供给的限制，不能长时间远距离进行工作，因此本文研究了一种新型无缆微管道机器人，该机器人携带能量转换装置，并利用流体动能来运动和工作。该研究对微管道机器人实现在管道内长时间、远距离工作有着特别的意义。
论文的内容包括：
(1)在查阅和掌握大量有关文献资料的基础上，对微管道机器人的国内外科研进展情况进行较为全面和详实的介绍，并提出了在研究微管道机器人上所存在的一些问题及发展方向。
(2)详细分析了实现新型无缆微管道机器人特定功能的工作条件，并建立在平直管道内微管道机器人的动力学模型，并进行了仿真实验。
(3)针对管道内的流体性质(气体或液体)，确定了新型无缆微管道机器人能量转换装置的设计方案，并设计制作了实验样品，验证了该新型微管道机器人能量转换装置方案的可行性。
(4)设计了微管道机器人控制系统的硬件电路，包括电磁铁驱动模块、无... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
4-5 |
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Abstract |
5-13 |
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第一章 绪论 |
13-25 |
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1.1 研究背景和研究意义 |
13-14 |
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1.2 管道机器人的发展历史简介 |
14-15 |
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1.3 国外微管道机器人的研发动态 |
15-19 |
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1.4 我国微管道机器人的研发动态 |
19-20 |
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1.5 现有微管道机器人所面临的问题 |
20-23 |
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1.5.1 能源供给问题 |
21 |
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1.5.2 驱动器的微型化 |
21-22 |
|
1.5.3 机器人位置姿态以及管道环境的识别问题 |
22 |
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1.5.4 传感器及控制系统的智能化问题 |
22-23 |
|
1.6 微管道机器人发展方向的探讨 |
23-24 |
|
1.7 本论文的主要内容及章节安排 |
24-25 |
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第二章 新型微管道机器人及其动力学模型 |
25-39 |
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2.1 前言 |
25 |
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2.2 微管道机器人的基本结构及工作原理 |
25-27 |
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2.2.1 微管道机器人的设计要求 |
25-26 |
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2.2.2 微管道机器人的基本结构和工作原理 |
26-27 |
|
2.3 微管道机器人的受力分析 |
27-32 |
|
2.3.1 所受的推力 |
27-28 |
|
2.3.2 所受的阻力 |
28-30 |
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2.3.3 获得的能量分析 |
30-32 |
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2.3.4 结论 |
32 |
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2.4 微管道机器人动力学模型的研究 |
32-38 |
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2.4.1 微管道机器人动力学模型的建立 |
32-33 |
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2.4.2 微型管道机器人的动力学模型分析 |
33-38 |
|
2.4.3 结论 |
38 |
|
2.5 本章小结 |
38-39 |
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第三章 新型微管道机器人能量转换装置的研究 |
39-50 |
|
3.1 前言 |
39 |
|
3.2 微管道机器人的能量转换装置系统 |
39-40 |
|
3.3 电磁式能量转换装置方案 |
40-42 |
|
3.3.1 电磁式能量转换装置获取的功率分析 |
40-42 |
|
3.4 压电式能量转换装置方案 |
42-46 |
|
3.4.1 压电材料特性的分析 |
42-43 |
|
3.4.2 压电陶瓷能量转换装置获取的功率分析 |
43-45 |
|
3.4.3 PVDF能量转换装置获取的功率分析 |
45-46 |
|
3.5 微管道机器人能量转换装置的结构设计与实验 |
46-48 |
|
3.5.1 能量转换装置的结构设计及制作 |
46-47 |
|
3.5.2 实验准备 |
47-48 |
|
3.5.3 样品实验 |
48 |
|
3.6 本章小结 |
48-50 |
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第四章 新型微管道机器人控制系统的电路设计 |
50-66 |
|
4.1 控制系统的总体方案设计 |
50-53 |
|
4.1.1 核心控制器件的选择 |
50 |
|
4.1.2 单片机概述 |
50-51 |
|
4.1.3 Atmega8特性介绍 |
51-52 |
|
4.1.4 总体方案 |
52-53 |
|
4.2 基于ATmega8的控制系统实现 |
53-65 |
|
4.2.1 速度控制模块 |
53-54 |
|
4.2.2 电磁铁驱动模块 |
54-56 |
|
4.2.3 无线通信模块 |
56-60 |
|
4.2.4 充电模块 |
60-65 |
|
4.3 本章小结 |
65-66 |
|
第五章 新型微管道机器人控制系统的软件设计 |
66-75 |
|
5.1 控制系统的软件设计概述 |
66-67 |
|
5.2 主程序的设计 |
67 |
|
5.3 各功能模块的设计 |
67-72 |
|
5.3.1 软件定时中断子程序 |
67-68 |
|
5.3.2 无线通讯中断服务子程序 |
68-69 |
|
5.3.3 A/D采样中断子程序 |
69-71 |
|
5.3.4 速度和电量监控中断服务子程序 |
71-72 |
|
5.4 软件的可靠性设计 |
72-74 |
|
5.4.1 采用模块化程序设计方法 |
73 |
|
5.4.2 合理安排中断 |
73 |
|
5.4.3 程序“跑飞”与“死锁”的解脱 |
73-74 |
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5.5 本章小结 |
74-75 |
|
结束语 |
75-77 |
|
参考文献 |
77-81 |
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攻读学位期间发表的论文 |
81-83 |
|
致谢 |
83 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.385223 |
