【正文】 是尋找到目標(biāo)的操作序列，本質(zhì)上就是一個(gè)問(wèn)題求解過(guò)程。路徑規(guī)劃分為全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃，根據(jù)全局地圖信息進(jìn)行的路徑規(guī)劃稱(chēng)之為全局路徑規(guī)劃；機(jī)器人根據(jù)全局規(guī)劃的路徑行走時(shí)，碰到事先未知的障礙物或進(jìn)入未知環(huán)境時(shí)進(jìn)行的在線(xiàn)規(guī)劃稱(chēng)之為局部路徑規(guī)劃。其實(shí)質(zhì)就是尋找一條從起點(diǎn)到終點(diǎn)的能夠避開(kāi)障礙物的盡可能短的易于跟蹤的路徑。所以，在應(yīng)用中通常將兩者加以結(jié)合，先根據(jù)大致的環(huán)境信息或部分已知的環(huán)境信息規(guī)劃出全局路徑，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化（如遇到障礙物）便實(shí)時(shí)生成局部路徑，繞過(guò)障礙物后繼續(xù)轉(zhuǎn)入全局路徑控制[33][34][35][36][37]。 圖3－8 小車(chē)原地轉(zhuǎn)彎 信息采集軟件設(shè)計(jì)流程圖第四章 攪拌機(jī)器人小車(chē)的路徑規(guī)劃 路徑規(guī)劃概念機(jī)器人路徑規(guī)劃是智能機(jī)器人的重要研究方向，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了廣泛的研究。（2）：小車(chē)軌道外偏：同樣道理，假設(shè)當(dāng)小車(chē)并沒(méi)有沿圖示的綠色軌道行走，而是按著圖中紅色的箭頭方向走的時(shí)候，表明機(jī)器人小車(chē)行走過(guò)程中發(fā)生誤差（這個(gè)偏離誤差也可以按照車(chē)上安裝的超聲波發(fā)射探頭檢測(cè)到的里墻壁的距離來(lái)判斷，,則必須對(duì)小車(chē)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整），表現(xiàn)為向外偏離軌道，則必須進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)要求機(jī)器人小車(chē)在遇到障礙物時(shí)（罐壁）時(shí)，要求能夠判斷其存在并按一定要求繞過(guò)它，利用機(jī)器人小車(chē)自身的傳動(dòng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)和視覺(jué)信息，描繪環(huán)境特征（主要是圓形罐壁），并以此為基礎(chǔ)對(duì)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行規(guī)劃。圖3－7 控制系統(tǒng)PMAC軟件配置對(duì)話(huà)框 上位機(jī)軟件正常啟動(dòng)以后，單擊手動(dòng)控制區(qū)的“NC ON”按鈕，系統(tǒng)與PMAC建立通訊，下載必須的PMAC變量定義和PLC程序到PMAC中，并且完成系統(tǒng)的初始化工作，包括系統(tǒng)回零、PLC程序啟動(dòng)等，如圖3－8所示。圖3－6 控制系統(tǒng)啟動(dòng)界面系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中又是需要得到PMAC自帶軟件包PEWIN32和PMACPlot的支持。手動(dòng)控制也可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的停止，當(dāng)攪拌機(jī)器人遇到故障或想停止當(dāng)前運(yùn)動(dòng)時(shí)啟動(dòng)停止按鈕，運(yùn)動(dòng)程序終止。 控制系統(tǒng)軟件應(yīng)用： 控制系統(tǒng)軟件流程圖 本控制系統(tǒng)軟件實(shí)在Windows2000平臺(tái)上利用Visual C++(SDI)MFC應(yīng)用程序，可以再WIN95/98/NT/2k/XP等平臺(tái)上運(yùn)行，建議在1024*768分辨率下運(yùn)行該程序。（7）int PmacGetResponseA(DWORD dwDevice,PCHAR response, UINT maxchar, PCHAR mand) 發(fā)送一個(gè)命令字符串（如“1j+”，“Open Prog1”，“M162”等）給PMAC，并從緩沖區(qū)中得到PMAC的反應(yīng)。該函數(shù)并不從PMAC中得到相應(yīng)的發(fā)應(yīng)。參數(shù)及返回值意義與打開(kāi)通道函數(shù)OpenPmacDevice（）相同，且必須與OpenPmacDevice配對(duì)使用。應(yīng)用的前提是已經(jīng)安裝調(diào)試好動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，并且PMAC已經(jīng)在這個(gè)操作環(huán)境下注冊(cè)完畢，能夠有效的尋址。 PMAC通訊驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫(kù)為了方便PMAC與上層應(yīng)用程序之間進(jìn)行通訊，Delta Tau公司提供了Pm32通訊驅(qū)動(dòng)程序作為上層應(yīng)用程序與PMAC之間的通訊橋梁。用戶(hù)可以直接在該類(lèi)中輸入車(chē)體升程數(shù)據(jù)，也可以先創(chuàng)建生成表的文本文件，再在該類(lèi)中加載，設(shè)定后系統(tǒng)將自動(dòng)把所有的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的格式保存到文件（*.lft）中（9）CcamArg類(lèi)該類(lèi)從Cdialog類(lèi)中派生，用于處理各種參數(shù)，設(shè)定后系統(tǒng)將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的格式保存到文件(*.cam)中。通過(guò)該類(lèi)，軟件系統(tǒng)利用模糊神經(jīng)網(wǎng)路將實(shí)際控制訓(xùn)練好，并將結(jié)果保存好。通過(guò)該模塊，用戶(hù)可以實(shí)時(shí)的了解到當(dāng)前各軸的進(jìn)給位置。NC OFF開(kāi)關(guān)正好相反，負(fù)責(zé)關(guān)閉相應(yīng)的PLC程序，關(guān)閉控制面板。（3）CJog類(lèi)該類(lèi)從CformView中派生，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的手動(dòng)控制模塊，也是系統(tǒng)與PMAC通訊的重要的模塊之一。作為整個(gè)控制系統(tǒng)的后臺(tái)管理調(diào)度程序，作為人機(jī)交互界面、對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行初始化、手動(dòng)正/反轉(zhuǎn)及回零、運(yùn)行過(guò)程中位置狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，車(chē)體的行走路徑等功能實(shí)現(xiàn)，該控制系統(tǒng)應(yīng)具有三個(gè)基本模塊：1)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制模塊；2）機(jī)器人路徑規(guī)劃模塊；3）機(jī)器人的信息采集模塊。在構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候，從類(lèi)庫(kù)中選取所需的類(lèi)并派生出對(duì)象，按照系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，建立具體的應(yīng)用系統(tǒng)。本系統(tǒng)軟件是建立在Windows操作系統(tǒng)之上，具備了多任務(wù)協(xié)調(diào)處理的能力。（4） 模塊化。在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，這多個(gè)任務(wù)中的若干個(gè)任務(wù)需要同時(shí)工作?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)具有實(shí)時(shí)的進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算何個(gè)異步事件進(jìn)行檢測(cè)何處理功能。根據(jù)Windows系統(tǒng)的多線(xiàn)程機(jī)制，建立控制系統(tǒng)軟件的多線(xiàn)程模型，將控制系統(tǒng)中管理、功能實(shí)現(xiàn)模式分作若干個(gè)模塊，分別置于獨(dú)立的線(xiàn)程中，以消息排隊(duì)和消息循環(huán)推動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，那么，系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率將得到較大的提高?？刂葡到y(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的核心部分。用戶(hù)可以將編寫(xiě)好的PLC程序保存在PMAC中，設(shè)定每次PMAC加電時(shí)自行啟動(dòng)或者在控制軟件中手動(dòng)開(kāi)啟PLC程序。ACC8S是一系列PMAC2的I/O(輸入/輸出)附件之一PMAC2的接口用JMACH連接集線(xiàn)器做成。輸入終端標(biāo)志是為了連接12V14V的傳感器或者限制開(kāi)關(guān)。任務(wù)是按照優(yōu)先級(jí)電路組織起來(lái)的，這可以使得以最優(yōu)化，從而讓?xiě)?yīng)用程序有效、安全的運(yùn)行。這些功能包括：隨動(dòng)誤差限制，硬（軟）件超行程限制，放大器出錯(cuò)，看門(mén)狗計(jì)時(shí)器的更新等。在PMAC中，PLC程序地工作方式與可編程邏輯控制器相似，主要用于任何運(yùn)動(dòng)程序運(yùn)行的同時(shí)，在后臺(tái)進(jìn)行監(jiān)視和計(jì)算，在處理器時(shí)間允許地情況下盡可能快地連續(xù)掃描他們的操作。此外，他還是一臺(tái)實(shí)時(shí)的、多任務(wù)的計(jì)算機(jī)，能自動(dòng)對(duì)人物進(jìn)行優(yōu)先等級(jí)判別，從而使具有高的優(yōu)先等級(jí)的任務(wù)比優(yōu)先等級(jí)的任務(wù)能先被執(zhí)行。 PMAC內(nèi)置了PLC功能，一般可將I/O擴(kuò)展到1024入和1024出，可以編寫(xiě)64個(gè)異步PLC程序，對(duì)I/O的操作幾乎使純軟件的工作，通過(guò)類(lèi)似于匯編語(yǔ)言的指針變量，可以讓用戶(hù)按位、字節(jié)、進(jìn)行控制。2) PMAC的絕大部分地址向用戶(hù)開(kāi)放，包括電動(dòng)機(jī)的所有信息、坐標(biāo)系的所有信息及各種保護(hù)信息等。 硬件結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性1. 適應(yīng)多種硬件操作平臺(tái)，可在IBM及其兼容機(jī)上運(yùn)行，在WIN9WinNT/2000及Linux下運(yùn)行及開(kāi)發(fā)，具有PC、STD、VME、PCI、104總線(xiàn)及串口脫機(jī)運(yùn)行的功能，方便用戶(hù)選用合適自己的主機(jī)。第二章 基于PMAC的液下攪拌機(jī)器人試驗(yàn)裝置的控制系統(tǒng) 可編程多軸控制器綜述當(dāng)前，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)具有柔性。在攪拌時(shí)要求機(jī)器人小車(chē)能夠根據(jù)漿液環(huán)境的不同而自行調(diào)整行走路徑，因此設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，還要求機(jī)器人具有定位識(shí)別功能，并能隨時(shí)監(jiān)測(cè)漿液濃度分布并根據(jù)漿液濃度不同調(diào)整行走路徑。軸流泵的主要構(gòu)造為螺旋槳式葉輪，輪葉為流線(xiàn)型彎翼，當(dāng)泵軸帶動(dòng)葉輪高速回轉(zhuǎn)時(shí)，彎形葉片對(duì)液體產(chǎn)生軸向推力，而使泵殼內(nèi)的液體不斷回旋上升，從泵的出料口排出。實(shí)體面型螺旋適合輸送干燥的、粘度小的小顆?；蚍蹱钗锪?；帶式面型適于輸送散粒物料和作攪拌用；葉片面型螺旋適于輸送塊狀或粘度中等的物料，可以作混合和攪拌作用。2．機(jī)器人耙輪機(jī)構(gòu)機(jī)器人的攪拌功能主要通過(guò)吸入和噴出漿液的方式造成漿液的流動(dòng)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2）2輪驅(qū)動(dòng)方式：一種是4輪呈長(zhǎng)方形形狀分布，2前輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，2后輪是萬(wàn)向輪，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且穩(wěn)定性好，還能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向半徑為0的運(yùn)動(dòng)；另一種是4輪呈菱形分布，位于車(chē)體中部的左右2輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，位于車(chē)體縱向軸線(xiàn)上的前后2輪為輔助輪方式，其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)旋轉(zhuǎn)半徑為0時(shí)，能繞車(chē)體自身中心旋轉(zhuǎn)，所以有利于在狹窄的場(chǎng)所改變方向。 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)方案分析1．機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)方案的確定輪式行走機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)的組成方式可用3輪機(jī)構(gòu)或4輪機(jī)構(gòu)。以上四種攪拌形式，是我國(guó)目前在水煤漿生產(chǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域中所使用的。 圖12 側(cè)式機(jī)械攪拌機(jī)（2）攪拌原理：攪拌器系側(cè)入式船用三葉螺旋槳推進(jìn)型攪拌機(jī)，由于螺旋槳葉片的推動(dòng)，使?jié){體產(chǎn)生三個(gè)基本流，即軸向流、旋轉(zhuǎn)流、湍流。其缺點(diǎn)是，因攪拌器裝在儲(chǔ)罐側(cè)壁，設(shè)備密封要求高。而且要求儲(chǔ)罐為平頂結(jié)構(gòu)形式，給大直徑儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的難度。在罐頂中心裝有一臺(tái)立式攪拌機(jī)，其葉輪直徑為3m，傳動(dòng)軸長(zhǎng)14m，電機(jī)功率55kw，并裝有導(dǎo)流板，通過(guò)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使煤漿產(chǎn)生上下對(duì)流運(yùn)動(dòng)，防止軟沉淀產(chǎn)生。2. 打循環(huán)攪拌方式如棗莊礦務(wù)局八一礦水煤漿制備廠(chǎng)1500噸水煤漿儲(chǔ)罐，該儲(chǔ)罐為高架式鋼筋混凝土框架筒體結(jié)構(gòu)，罐底部高出地面14m，錐底罐。俄羅斯設(shè)計(jì)的20000噸儲(chǔ)罐，底部裝有４臺(tái)側(cè)式攪拌機(jī)，每臺(tái)功率為17kw[2]。無(wú)論是水煤漿的制備廠(chǎng)和用戶(hù)，都需要設(shè)置水煤漿儲(chǔ)罐，用于儲(chǔ)備一定量的水煤漿。這種精細(xì)水煤漿可代替柴油用于內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)。所以需要尋找一種煤基流體燃料來(lái)代替油。本課題來(lái)源于北京市教育委員會(huì)科技發(fā)展計(jì)劃的工業(yè)機(jī)器人研究項(xiàng)目，本項(xiàng)目的研究包括機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電系統(tǒng)自動(dòng)控制、測(cè)試傳感技術(shù)、位置識(shí)別系統(tǒng)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真等多學(xué)科內(nèi)容，本課題是該項(xiàng)目的一部分，主要內(nèi)容為：攪拌機(jī)器人的智能控制系統(tǒng)方法的研究。本 科 畢 業(yè) 論 文第一章 概述 課題背景及選題意義 課題背景及來(lái)源隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水煤漿作為一種新型的燃料代替重油煤粉將被廣泛應(yīng)用。研發(fā)一種在罐底行進(jìn)巡邏的機(jī)器人，除有攪拌的基本功能外，還能監(jiān)測(cè)到可能發(fā)生沉淀的區(qū)域，并自行調(diào)整路徑到達(dá)目的地，與原有裝置有顯著的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)有燃油系統(tǒng)要直接改燒固體煤炭是不可能的。m，濃度50%左右，灰分低于1%，基本屬于牛頓流體的煤水混合物[1]。圖11 機(jī)械式攪拌機(jī)圖11 機(jī)械式攪拌機(jī)隨著我國(guó)新型能源燃燒技術(shù)的成熟，自七五期間始，水煤漿技術(shù)的發(fā)展已進(jìn)入到工業(yè)應(yīng)用階段。如瑞典設(shè)計(jì)的5000噸儲(chǔ)罐，其立式攪拌機(jī)裝置安裝在罐頂中心，其葉輪直徑為3m,傳動(dòng)功率為55kw。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)裝漿試驗(yàn)，攪拌效果良好，其缺點(diǎn)是噪音大，需要有壓縮空氣機(jī)裝置，動(dòng)力源不統(tǒng)一等。3. 立式機(jī)械攪拌方式如門(mén)頭溝礦務(wù)局城子礦水煤漿制備廠(chǎng)5000噸水煤漿儲(chǔ)罐，該儲(chǔ)罐為鋼結(jié)構(gòu)，直徑19m，高19m，為平頂錐底罐，罐底坡度為1：40。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)裝漿試驗(yàn)，攪拌效果很好，并且沒(méi)有死角，其缺點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)軸太長(zhǎng)，不易加工，需要分段制作。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)裝裝試驗(yàn)，攪拌效果很好，并且沒(méi)有死角。（1）攪拌機(jī)外形見(jiàn)圖示12。同時(shí)，由于螺旋漿式攪拌機(jī)除有軸向流以外，還有法向推力形成的非軸向流，因而造成漿體的上下翻騰，以防止煤漿沉淀。但是分析目前國(guó)內(nèi)外水煤漿攪拌方式可知，單純機(jī)械攪拌裝置具有體積大、笨重、能耗多等缺點(diǎn)