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《玻璃幕墻清洗機器人爬壁運動控制系統(tǒng)設(shè)計.pdf》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、玻璃幕墻清洗機器人爬壁運動控制系統(tǒng)設(shè)計劉永平,張世一,藺卡賓(蘭州理工大學機電工程學院,甘肅蘭州730050)DesignofControlSystemforHigh——riseBuildingsGlass——wallCleaningRobotLIUYongping,ZHANGShiyi,LINKabin(SchoolofMechanicalandElectronicalEngineering,LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou730050,China)摘要:針對高層建筑玻璃幕墻清洗問題,開發(fā)0引言了
2、一種雙層結(jié)構(gòu)玻璃幕墻清洗機器人,對機械人本體結(jié)構(gòu)及爬壁運動控制系統(tǒng)進行設(shè)計,以FPGA芯玻璃幕墻是現(xiàn)代高層建筑的主要裝飾方法之一片為核心,對控制系統(tǒng)各部分硬件進行設(shè)計選型,,但其清洗問題一直是困擾人們的一大難題,利并編寫上位機控制軟件。采用模糊PID算法對步用機器人清洗已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢。進電機實現(xiàn)閉環(huán)控制,利用Matlab軟件對步進電機設(shè)計了一種玻璃幕墻清洗機器人[】]。機械本體進行了仿真分析。仿真結(jié)果表明,機器人運行狀態(tài)采用雙層交替運動的結(jié)構(gòu),可完成前進、后退、轉(zhuǎn)彎穩(wěn)定,具有較高的實用性。動作。根據(jù)玻璃表面平整光滑的特點,采用真空吸
3、關(guān)鍵詞:機械結(jié)構(gòu);硬件設(shè)計;模糊PID;仿真分附方式作為機器人在玻璃墻面的附著手段,利用步析;軟件編程進電機作為機器人的驅(qū)動裝置。控制系統(tǒng)選用FP-中圖分類號:TP242GA作為控制核心,構(gòu)建帶有模糊PID算法的閉環(huán)文獻標識碼:A控制系統(tǒng),利用LabVIEw軟件編寫上位控制程序,文章編號:1001—2257(2015)09—0072—04實現(xiàn)對機械本體運動的實時控制。Abstract:Tosolvetheproblemofglasswall1機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計cleaningforhigh—risebuildings,thisresearc
4、hde—velopedakindofglasscurtainwallcleaningrobot1.1機械本體結(jié)構(gòu)withadoublelayerstructure,anddesignedthero—高樓玻璃幕墻清洗機器人機械結(jié)構(gòu)如圖1所botstructureandwallclimbingmotioncontrolsys-示,在機器人作業(yè)過程中,通過吸盤組交替吸附墻tem.Thevarioushardwarecomponentsofthecon—面,實現(xiàn)上、下兩層協(xié)調(diào)動作。當下層吸住時,上層trolsystemaredesignedwith
5、FPGAchipatthe向前移動,移動完成之后,上層吸住,下層脫離墻面core,andthehostcontrolsoftwareiswrittenatthesametime.FuzzyPIDalgorithmisusedtoa—chieveclosed—loopcontrolofthesteppermotor,andthemotorisanalyzedwithMatlab.Simulationresultsindicatesthattherobot’Srunningstatusisstableandhashighpracticabili
6、ty.Keywords:mechanicalstructure;hardwarede—sign;fuzzyPID;simulationanalysis;softwarepro—gramming收稿日期:2015一O4一l7圖1玻璃幕墻機器人機械結(jié)構(gòu)·72·《機械與電子)2015(9)玻璃幕墻清洗機器人爬壁運動控制系統(tǒng)設(shè)計向前移動,這樣循環(huán)往復(fù)實現(xiàn)機械本體的直線運前進、轉(zhuǎn)彎和上下層切換的功能,其中上、下層前進動。需要轉(zhuǎn)彎時,上層吸盤吸住,下層相對上層旋及轉(zhuǎn)彎電機配光電編碼器。2個電磁閥負責完成上轉(zhuǎn),隨后下層吸住,上層旋轉(zhuǎn)。通過前進、轉(zhuǎn)彎2種下
7、2層氣路的切換。運動的配合實現(xiàn)全方位移動。核心控制板需要具有模擬信號采集處理、任意1.2各部分組成及功能頻率TTL輸出、數(shù)字IO和總線通訊等功能。FP—機械結(jié)構(gòu)主要由吸附系統(tǒng)、移動系統(tǒng)、上下層GA芯片集成內(nèi)嵌乘法器[5]和運算電路,是作為核切換系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)4部分組成。吸附機構(gòu)由真空心處理元件的最佳選擇。故根據(jù)設(shè)計需求搭建控吸盤、真空泵和電磁閥組成。通過真空泵抽氣,使制電路,F(xiàn)PGA控制板整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。吸盤產(chǎn)生負壓,機械本體吸附于玻璃幕墻表面。移動系統(tǒng)主要由上下層支架、移動導(dǎo)軌和步進電機等嘲構(gòu)成,移動時通過電機旋轉(zhuǎn)帶動機器人前、后運動
8、。Q∞m嘲上下層切換機構(gòu)主要由移動滑塊、齒條導(dǎo)軌和步進HA悃畫巫電機等構(gòu)成,通過電機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)上、下層切換。面麗一———rL1旋轉(zhuǎn)機構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)中心柱、旋轉(zhuǎn)齒盤導(dǎo)軌、齒輪圖3FP