【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 速度控制模式；7. 支持梯形曲線、速度跟蹤、電子齒輪和直接輸出等軌跡控制方式。 擬采取的研究方法、技術(shù)路線和試驗(yàn)方案機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備,技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣,作為 先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會(huì)的新興產(chǎn)業(yè)，將對(duì)未來(lái)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起越來(lái)越重要的作用。但是我國(guó)目前在工業(yè)檢測(cè)機(jī)器人的研究上還處于比較落后的狀態(tài)，這對(duì)我國(guó)的工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)非常不利，所以工業(yè)檢測(cè)機(jī)器人的研究對(duì)于工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)就尤為重要了。本項(xiàng)目主要研究工業(yè)檢測(cè)機(jī)器人的控制與相關(guān)檢測(cè)部分，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)控制系統(tǒng)的硬件及軟件測(cè)試，檢測(cè)其是否滿足檢測(cè)機(jī)器人的工作要求。其具體的研究方法與技術(shù)路線內(nèi)容如下：一、研究方法與技術(shù)路線選用多種傳感器并將其信息融合到該系統(tǒng)中，利用相關(guān)智能算法與數(shù)據(jù)處理技術(shù)得出需求信息；移動(dòng)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)車體運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)云臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)車體左側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器車體右側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主 控芯 片云臺(tái)俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)器云臺(tái)方位電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主 控芯 片機(jī)器人 主控系統(tǒng)車體左側(cè)電機(jī)車體右側(cè)電機(jī)左側(cè)電機(jī)速度傳感器右側(cè)電機(jī)速度傳感器云臺(tái)俯仰電機(jī)云臺(tái)方位電機(jī)俯仰電機(jī)速度傳感器方位電機(jī)速度傳感器CAN HCAN L方位位置傳感器俯仰位置傳感器車體負(fù)載右側(cè)變速箱左側(cè)變速箱減速器減速器云臺(tái)負(fù)載工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人以ARM主控單元為核心控制單元，作用是:處理通信數(shù)據(jù)、作出控制決策、發(fā)出控制指令。在其下面包括運(yùn)動(dòng)控制、電源管理、通信、網(wǎng)絡(luò)等各自功能子系統(tǒng)，其中，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要功能是:接收運(yùn)動(dòng)控制指令、解算指令信息、電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋。具體的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)組成如圖1所示：圖1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)共包含兩個(gè)部分:車體運(yùn)動(dòng)控制單元和云臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制單元。其中:(l)車體運(yùn)動(dòng)控制單元主要通過(guò)CAN總線接收來(lái)自ARM主控單元的車體運(yùn)動(dòng)指令，并根據(jù)接收到的左右履帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度指令和來(lái)自左右電機(jī)傳感器的速度反饋信號(hào)，對(duì)車體的運(yùn)動(dòng)速度實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。該控制單元由以下模塊組成:車體運(yùn)動(dòng)控制板:以TI公司的TMs320F2812DSP作為核心處理器，通過(guò)CAN總線接收來(lái)自ARM主控單元的左右電機(jī)的速度和換檔指令，并利用來(lái)自左、右電機(jī)傳感器信號(hào)，得到控制變量，通過(guò)CAN通信接口分別輸出給左、右電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，由驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，或?qū)ψ兯傧錂n位進(jìn)行控制。左、右側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊:主要通過(guò)CAN通信接口接收來(lái)自車體運(yùn)動(dòng)控制板的控制變量，并產(chǎn)生相應(yīng)電機(jī)控制輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的速度控制。左、右側(cè)電機(jī)(含左、右側(cè)電機(jī)減速箱和傳感器):主要接收來(lái)自電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的控制輸出，并將利用傳感器得到的速度反饋信號(hào)反饋給相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和車體運(yùn)動(dòng)控制板。(2)云臺(tái)控制單元主要通過(guò)CAN總線接收來(lái)自ARM主控單元的云臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制指令，并根據(jù)接收到的云臺(tái)俯仰和方位轉(zhuǎn)動(dòng)速度指令和來(lái)自俯仰和方位電機(jī)傳感器的速度反饋信號(hào)，對(duì)云臺(tái)的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)、方位轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)速度和位置閉環(huán)控制，并將來(lái)自方位位置傳感器和俯仰位置傳感器的信號(hào)通過(guò)CAN通信接口發(fā)送給ARM主控單元。該控制單元由以下模塊組成:云臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制板:以TI公司的TMS320F2812DSP作為核心處理器，通過(guò)CAN總線接收來(lái)自ARM主控單元的云臺(tái)俯仰和方位電機(jī)的速度指令，并利用來(lái)自俯仰和方位電機(jī)的傳感器信號(hào)，得到控制變量，通過(guò)CAN通信接口分別輸出給俯仰和方位電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，由俯仰、方位電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，并接收來(lái)自方位位置傳感器和俯仰位置傳感器的信號(hào)，通過(guò)CAN通信接口將其發(fā)送給ARM主控單元。俯仰、方位電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊:主要通過(guò)CAN通信接口接收來(lái)自云臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制板的控制變量，并產(chǎn)生相應(yīng)電機(jī)控制輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)俯仰、方位電機(jī)的速度控制。俯仰、方位電機(jī)(含俯仰、方位電機(jī)傳感器):主要接收來(lái)自俯仰、方位電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的控制輸出，并將利用傳感器得到的速度反饋信號(hào)反饋給相應(yīng)得電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。俯仰、方位位置傳感器:主要輸出方位、俯仰位置傳感器的位置信號(hào)，經(jīng)過(guò)軸角轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字量位置信號(hào)，傳輸給DSP。選用更適用于工業(yè)檢測(cè)環(huán)境檢測(cè)定位的慣性導(dǎo)航定位方法，它的特性是自主性、獨(dú)立性完成導(dǎo)航定位。具體導(dǎo)航策略如下：當(dāng)機(jī)器人遠(yuǎn)離目標(biāo)時(shí)，通過(guò)捷聯(lián)導(dǎo)航理論和卡爾曼濾波理論的研究，對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行行走控制。捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)基本工作原理是以牛頓力學(xué)定律為基礎(chǔ)，通過(guò)測(cè)量線加速度計(jì)和陀螺儀輸出值，再根據(jù)相應(yīng)的坐標(biāo)變換，由加速度計(jì)和陀螺的輸出參數(shù)解算得到飛行體姿態(tài)信息。由運(yùn)動(dòng)學(xué)理論可知，要完整的描述一個(gè)物體在空間的運(yùn)動(dòng)情況，需要至少 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個(gè)獨(dú)立的參數(shù)信息，其中有三個(gè)參量用于表示物體質(zhì)心處的平動(dòng)信息，另外三個(gè)用以表示物體繞質(zhì)心處的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，在捷聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)中，通常由三個(gè)加速度計(jì)測(cè)量載體的平動(dòng)信息，載體繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)則由三個(gè)陀螺儀來(lái)量測(cè)。但是通過(guò)研究可以得出，如果當(dāng)載體相對(duì)某一參考坐標(biāo)系的牽連運(yùn)動(dòng)形式是轉(zhuǎn)動(dòng)的情況時(shí)，那么在載體非質(zhì)心處的加速度信息中將涵蓋著相關(guān)的角速度信息。所以，在運(yùn)動(dòng)載體非質(zhì)心位置合理的放置足夠多的線加速度計(jì)，根據(jù)各只加速度計(jì)安裝位置和敏感方向便可將加速度計(jì)的輸出信息中涵蓋的角速度信息提取出來(lái)，這便是依靠線加速度計(jì)獲取到角速度信息的理論基礎(chǔ)。而載體導(dǎo)航信息的獲取是經(jīng)過(guò)各個(gè)坐標(biāo)系之間的特定轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此選取合適的參考坐標(biāo)系是非常重要的，它將影響到整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和復(fù)雜度當(dāng)接近目標(biāo)時(shí)，利用超聲波和圖像傳感器對(duì)機(jī)器人進(jìn)行精確定位控制，利用理論與實(shí)驗(yàn)并重的雙重研究方法，在可靠性理論及完整性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上為工業(yè)檢測(cè)導(dǎo)航定位提供可靠性很高的參考價(jià)值。攝像頭是目標(biāo)標(biāo)識(shí)物的獲取以及路徑信息的獲取，超聲波傳感器主要是感知移動(dòng)機(jī)器人周圍障礙物的情況信息，為移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)安全提供保障。基于超聲波技術(shù)的精密檢測(cè)方法，通常需要精確地測(cè)量超聲波在介質(zhì)中的傳輸時(shí)間．目前利用超聲波的傳輸時(shí)間特性已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并完成了許多領(lǐng)域測(cè)量方面的任務(wù)，人們利用測(cè)量超聲波的傳輸時(shí)間特性實(shí)現(xiàn)了流量、溫度等方面的研究．20世紀(jì)70年代超聲波進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域，90年代中期計(jì)算機(jī)軟硬件和高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，使得利用超聲波傳輸時(shí)間對(duì)流量、溫度、液位和距離等參數(shù)進(jìn)行精密測(cè)量得以迅速推廣和應(yīng)用．對(duì)超聲波傳輸時(shí)間的測(cè)量方法中最常見(jiàn)的測(cè)時(shí)方法是脈沖計(jì)數(shù)法，測(cè)時(shí)的分辨率決定了此方法的測(cè)量精度．通常情況下，為了提高測(cè)時(shí)分辨率，只能不斷提高計(jì)時(shí)脈沖的頻率．如果要求測(cè)時(shí)精度達(dá)到ns級(jí)，則相應(yīng)的計(jì)時(shí)脈沖頻率必須達(dá)到GHz量級(jí)以上．提高計(jì)時(shí)脈沖的頻率就等于增加計(jì)數(shù)器的位數(shù)，從而加大硬件成本的開(kāi)銷超聲波在介質(zhì)中傳輸時(shí)就載上了傳輸介質(zhì)的信息，因此通過(guò)檢測(cè)接收到的超聲波回波信號(hào)就可以間接測(cè)量所需介質(zhì)的信息．例如，時(shí)差法超聲波流量計(jì)中利用超聲波傳輸時(shí)間來(lái)測(cè)量介質(zhì)流速、流速、流量等信息．超聲波在潔凈水中的傳輸速度約為1450m/s，即380ns。％的測(cè)量精度，因此對(duì)超聲波傳輸時(shí)間的測(cè)量必須穩(wěn)定在ns級(jí)水平范圍內(nèi)．又例如超聲波溫度計(jì)中傳輸距離不變時(shí)利用不同超聲波傳輸時(shí)間精密測(cè)量溫度，如20℃和21℃，則在20℃和21℃。針對(duì)上述問(wèn)題，作者提出了一種精密測(cè)量超聲波傳輸時(shí)間的方法，并對(duì)其中的一些關(guān)鍵技術(shù)加以說(shuō)明．該方法不但有效解決了精密測(cè)量超聲波傳輸時(shí)間的關(guān)鍵問(wèn)題，而且保證超聲波傳輸時(shí)間的測(cè)量達(dá)到了ns級(jí)，乃至ps級(jí)的精度。CMOS 圖像傳感器的研究始于20 世紀(jì)60 年代末，受當(dāng)時(shí)工藝技術(shù)的限制，發(fā)展和應(yīng)用有限。直到20世紀(jì)90 年代初，隨著大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的提高，CMOS 圖像傳感器才日益受到重視，成為固體圖像傳感器的研發(fā)熱點(diǎn)。近幾年來(lái)，隨著集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)和工藝水平的長(zhǎng)足進(jìn)步，CMOS 圖像傳感器的一些性能指標(biāo)已接近甚至超過(guò)CCD 圖像傳感器。CMOS 圖像傳感器的總體結(jié)構(gòu)一般由像素陣列、行選通邏輯、列選通邏輯、定時(shí)和控制電路、在片模擬信號(hào)處理器（ASP）構(gòu)成，高級(jí)的CMOS 圖像傳感器還集成有在片模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。行選通邏輯和列選通邏輯可以是移位寄存器，也可以是譯