智能爬壁机器人控制系统研究

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1、中团分巧号ＴＰ２４２１１－．２论义编号００６０６０２６５学科分类号５１０．８０５０密级＊＾獅义；乂净ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕±专业学位论文ＨＨＨＢＨＭｗ＞？ａｇａｉ＾ｊｇａａａｅｔｉＢＭｎｊｉＷＪｉＭＷ—Ｂｐ———｜｜｜智能爬壁机器人控制系统研究民ｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｓｔｅｍｏｆｓｍａｒｔｙＷ＇ｗａＵ－ｉｃＨｍｂｉｎｇｒｏｂｏｔ——工程硕±側眶臟ｌｉｇｍ

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3、为获得天津理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一同工作的同志对本研。与我究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学化冷丈作老签名：４签拿ｇ期：山４年＾月曰弓可学侄文狀枚使工大巧换权书本学位论文作者完全了工解大天津理学有关保留、使用学位论文的规定。特授权义津理学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，Ｗ供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复本和电子文件。（保密的

4、学位论文在解密后适用本授权说明）学侄冷文作者签名；＾＾导师签名；签＾李曰期；＞１（年Ｌ月可签学Ｑ期；年Ｌ月曰分类号：510.8050密级：天津理工大学研究生学位论文智能爬壁机器人控制系统研究（申请工程硕士学位）工程领域：控制工程作者姓名：李宇指导教师：何宏2016年2月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeResearchonthecontrolsystemofsmartwall-clim

5、bingrobotByLiYuSupervisorHeHongFebruary,2016摘要随着工业自动化技术的发展，机器人正扮演着越来越重要的角色，特别是在一些复杂工业环境（如高压、高温、高辐射等）中，进行检测维护、维修以及物料运输等工作，传统工业正面临着调整升级的压力，迫切的需要提高机器人工作的自动化程度，来减少特殊工作危险性、提高效率。本文借助船舶清洗爬壁机器人实验平台，研究设计了一种基于强化学习算法的智能爬壁机器人控制系统，该系统具有开放性、通用性、易操作和自动化程度高的特点,能够满足传统工

6、业更新升级要求。本论文的主要研究内容包括：一、基于STM32F407微控制器的智能爬壁机器人控制系统硬件设计本文根据爬壁机器人控制系统设计要求，确定了智能爬壁机器人控制系统上-下位机二级分布式的控制方案，通过对比分析，搭建了基于STM32F407微处理器的硬件结构，包括STM32F407及外围电路；上位机中矩阵键盘、通讯模块和下位机中外置寄存器、状态显示模块、传感器模块、通讯模块、伺服电机驱动器、电机执行机构，同时参考PCB设计原则，完成下位机控制电路板的PCB设计。二、基于跟踪迹Q（）算法的智能

7、爬壁机器人控制系统自主循迹策略针对船舶清洗爬壁机器人自动清洗模式，设计基于强化学习算法的机器人自主循迹策略。利用AlphaBlending算法提取清洗目标轨迹，结合跟踪迹与Q学习算法提出一种跟踪迹Q（）算法，使爬壁机器人可以自主学习并且跟踪清洗目标轨迹，从而解决了爬壁机器人在未知环境下的自主循迹问题，并模拟工作场景建立数学模型，通过仿真实验证明该算法可以实现爬壁机器人的自动清洗功能。三、对智能爬壁机器人控制系统的软件部分进行设计在KeilµVision4开发环境下，运用C语言，采用模块化的设计思想

8、，完成机器人控制系统中上位机、下位机以及RS485通讯模块的软件程序设计，同时在软件中对智能爬壁机器人控制系统进行模块化的调试。四、借用船舶清洗爬壁机器人对控制系统进行整体实验测试在整体实验测试中，利用智能爬壁机器人控制系统实验平台—船舶清洗爬壁机器人对控制系统中的手动模式和自动模式进行了实验测试，并分析实验结果。实验结果表明本文设计的智能爬壁机器人控制系统中上位机与下位机之间能够完成信号通讯控制机器人产生相应动作，同时通过MATLAB仿真实验证明在自动循迹中跟踪迹Q