基于STM32的变电站巡检机器人运动控制系统设计与实现

国内图书分类号：TP2426国际图书分类号：6213西南交通大学研究生学位论文密级：公开基王墨工丛圣2的变电室占巡捡扭器厶运动控剑丕统遮i土生塞班年 级 2Q!Q级姓 名 奎玉娟申请学位级别 工堂亟±专 业 电力电王皇电力佳动指导老师 韭蔓鲎教援二零一三年五月一夺一二，平丑月Classified Index：TP2426UDC：6213SouthwestJiaotongUniversityMaster Degree ThesisTHE DESIGN AND I江ALIZATION OFSUB STATIONSPECTION ROBOT MOTIONCONTROL SYSTEM BASEDON STM32Grade：2010Candidate：Li Yuj uanAcademic Degree Applied for：Master DegreeSpeciality：Power Electronics and Power DrivesSupervisor：ProfZhang GexiangMay,2013西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1保密口，在年解密后适用本授权书；2不保密曰，使用本授权书。(请在以上方框内打“”)学位论文作者签名：巷五诵日期： 侈J多·歹Jg指删雠：躺埤日期：加J S·(、一俘西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：(1)在深入了解变电站巡检机器人特殊工作背景的基础上，对其运动控制系统的工作原理分析，利用差速驱动转向原理实现机器人运动控制状态的改变，并嵌入S曲线加减速运动控制算法，实现机器人速度的平滑调节。(2)通过对系统功能分析，选用STM32作为控制芯片，并以其为核心，设计了变电站巡检机器人运动控制系统，实现机器人的前进、后退、转弯、停止等运动功能。经过测试，此运动控制系统的稳定性好，且定位精度较高。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。娟孝名叫獬哆眷们P作p姗川西南交通大学硕士研究生学位论文 第1页摘 要变电站巡检机器人是移动机器人的一种，是多种传感器信息融合、多种通信方式共同使用、多种智能控制方法共存、能够自主导航和定位、具有广阔应用前景的巡检系统。它能够在无人的情况下，对变电站的高压设备进行实时监测，及时发现电力设备的异常状况，可大幅提高变电站设备状态监测的准确性、实时性以及自动化水平。本文设计了一种变电站巡检机器人运动控制系统，主控芯片采用STM32，嵌入S曲线加减速控制算法，利用差速驱动转向实现对机器人运动状态的改变。论文主要工作及研究成果如下：l、通过对机器人运动控制工作原理进行分析，利用差速驱动转向实现对机器人运动状态的改变；深入研究加减速控制算法，通过仿真实验表明，S曲线控制算法能够实现机器人速度的平滑调节。2、对变电站巡检机器人的运动特性进行分析，得出系统运动控制的设计要求；给出系统总体设计方案：选择系统控制芯片、设计系统功能、选择驱动设备和控制器发送脉冲频率与机器人运动速度之间的关系；给出系统的设计平台和设计参数。3、对系统控制电路硬件总体方案进行了设计，主要包含STM32最小系统模块、PWM驱动电路模块、编码器接口电路模块、串口通信电路模块以及电源电路模块，对各个模块的功能进行分析和具体电路设计。4、根据系统控制电路的硬件电路设计，对软件功能模块进行划分，给出了系统控制的主流程框图。采用模块化设计的思路，对各个模块进行设计，主要包括系统运动控制功能软件、串口通信软件设计和速度计算软件设计。5、系统设计完毕后，对系统进行测试。测试围绕系统性能指标进行，主要包括系统功能测试和定位误差的测试，并对各个测试结果进行分析，得出所设计系统满足性能指标的要求。关键词：变电站巡检机器人；STM32；运动控制；差速驱动；S曲线西南交通大学硕士研究生学位论文 第1I页AbstractSubstation inspection robot is a mobile robot，an inspection system that has a variety ofsensor information fusion，uses alternately a variety of communication methods，allows thecoexistence of a variety of intelligent control methods，is capable of autonomous navigationand location，and has broad application prospectsIt offers real-time monitoring to substationMgh voltage equipement to detect the abnormal condition of the electrical equipment，whichCan greatly improve the accuracy,real-time and the level of automation of the substationequipment condition monitoringThis thesis presents a substation inspection robot motioncontrol system，which uses STM32 as main control chip，embeds S-shape surve accelerationand deceleration control algorithm and exploits differential drive to achieve the change ofmovement condition of the robotThe main research work and research production are as follows：1Through the analysis of the motion control principle of the robot，the system usesdifferential drive to accomplish the changes of the motion condition of the robot；this thesisalso study acceleration and deceleration control algorithm，and the simulink results showsthat S-shape curve can realize the smooth regulation of the speed of the robot2Through the analysis of the substation inspection robot movement characteristic，thethesis achieves the design requirements；the total design scheme of the systemis given：thechoice of the system main control chip、the design of system function、the choice of driveequipment and the relationship between the pulse frequency that the controller transmits andthe velocity of the robot movementThe design platform and design parameter of the systemis given3The system control circuit hardware general arrangement is designed，consistsmainlv of the STM32 minimal system module，the PWM driving circuit module，interfacecircuit module of the encoder,serial communication circuit module and the power supplycircuit moduleThe thesis also analyses the function of each module and designs the specificcircuit4According to the system control circuit hardware design，every software functionmodule is analysedThe thesis gives the main control flow block diagram，and designs eachmodule，including control system motion control software design，algorithm software design，speed calculation software design and serial communication software design5When the system design is finished，system should be testedAccording to thedesign requirements and desing parameter,the test mainly includes the test of the function of西南交通大学硕士研究生学位论文 第1II页the system and the test of positioning errorThrough the analysis of the test results，we cancome to that the system meets the relevant design requirementsKey Words：substation inspection robot；STM32；motion control；differential drive；S-shape CHI Ve西南交通大学硕士研究生学位论文 第1V页目 录4849第5章绪论1课题提出及意义1国内外研究现状2论文主要工作3论文结构安排4机器人运动控制原理分析5引言5差