消防机器人结构设计及其控制系统研究

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1、分类号：TH122密级：UDC：编号：15-085201-05M河北工业大学硕士学位论文消防机器人结构设计及其控制系统研究论文作者：张晋学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：丁承君职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechatronicEngineeringTheStudyonFire-fightingRobotStructureDesignandControlSystembyZhangJinSupervisor:Pr

2、of.DingChengjunApril2015原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提

3、供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：河北工业大学硕士学位论文摘要近年来，随着我国国民经济稳步快速增长，各类工业得到了快速发展，而由此引发的火灾事故也一直呈显上升趋势。面对高温、黑暗、有毒和浓烟的高危火场环境，消防人员很难掌握火场内的情况，在不明险情的情况下贸然进入事故现场极易造成无谓的伤亡。如今，新的消防法规的颁布又使得火灾救援成为消防部队不可推卸的法

4、定义务。因而，研制消防机器人，保证消防人员的人身安全，顺利完成救灾任务，变得十分紧迫与必要。本文首先介绍了消防机器人的研究背景和意义，国内外的研究现状及发展趋势和发展过程中存在的问题，阐述了消防机器人发展中需要解决的关键技术问题。在作业需求分析的基础上，提出了消防机器人车体和机械臂结构方案，设计出一种能够对不规则作业面自适应的四自由度的机械臂结构，并对机械臂臂长、小臂内机构等机构参数进行了优化，依据机械臂最大受力位姿状态对机器人电机进行了选型计算。基于D-H法建立了消防机器人机械臂连杆坐标系，建立了机械臂运动学正解和逆解模型。在MATLAB软件环境中，

5、以软件特有机器人工具箱建立机械臂仿真模型，对手臂正逆运动学进行仿真和分析，验证了机构参数的合理性；运用蒙特卡洛法对机器人工作空间进行了分析。最后，对消防机器人控制系统硬件和软件部分进行了总体设计，硬件部分根据实际需要对DSP芯片最小系统模块、操作模块、无线通讯模块、电机的控制模块、关节位置信息模块进行了电路设计；软件部分根据功能要求，对软件总体结构，上下位机程序流程及各相关软件子模块进行了探讨。为提高系统抗干扰性，从硬件和软件方面提出了相应的防护举措和方法。关键字：消防机器人，结构设计，运动学，控制系统，DSPⅠ河北工业大学硕士学位论文ABSTRACT

6、Inrecentyears,alongwithourcountrynationaleconomysteadilygrowingfast,allkindsofindustryhasgotrapiddevelopment,buttheresultingfireaccidentshavealsobeenpresentedrisingtrend.Inthefaceofhightemperature,dark,toxicandsmokeathighriskoffireenvironment,itisdifficultforfirefighterstokeeptr

7、ackofcircumstanceinside.Sorushingintothesceneoftheaccidentmayeasilycauseunnecessarycasualtiseinthecaseofunknowndanger.Atpresent,thenewfireregulationspromulgatedhasmadeitunavoidablelegalobligationstorescuethefireaccident.Developmentofthefire-fightingrobot,therefore,toensurethesaf

8、etyoffirefighters,completereliefmissionisbecomi