摘 要

随着信息化时代的进步与发展，数据中心在生活中承担起越来越重要的信息整合与处理任务，而随着硬件的更新换代加快，数据中心的升级换代速度也变得频繁。现有的数据中心巡检机器人并不具备硬盘插拔的维修功能。

本文设计了一个巡检机器人机械臂的末端夹持器的驱动与运动控制系统，应用于阿里数据中心的巡检机器人上，用于完成机器人硬盘夹取与插拔的工作。该控制系统通过上位机与stm32芯片通信，完成对夹持器电机的驱动和夹持器识别装置的补光，保证了夹持器的稳定高效运行。

论文首先通过对夹持器机械结构以及工作情况的分析计算，选取合适的电机和驱动芯片。其次，根据通过对驱动系统和通讯的分析研究，完成stm32主控芯片的驱动程序的编译工作。最后，根据夹持器工作的技术指标以及工作状态，对其系统硬件的构架和人机交互界面进行了设计，使用LabVIEW完成相应的软件系统设计。

研究结果表明：该运动控制系统理论上能实现夹持器的稳定高效运行，满足巡检机器人的工作技术指标。

关键词：驱动系统；运动控制；串口通信；LabVIEW

Abstract

With the development and the progress of the information age, data centers take on more and more important in everyone’s life, and with the upgrading of hardware accelerated, the speed of data center upgrading has become frequent. The existing data center inspection robot doesn’t have drivers plug repair function.

In this paper, a driving and motion control system of the end gripper of the inspection robot manipulator is designed, which is applied to the inspection robot of Ali data center, and is used to complete the work of robot hard disk clamping and plugging. The control system communicates with the stm32 chip through the upper computer to complete the drive of the gripper motor and the supplementary light of the gripper recognition device, ensuring the stable and efficient operation of the gripper.

At first, through the analysis and calculation if the mechanical structure and working conditions of the gripper, the appropriate motor and drive chip are selected. Secondly, through the analysis and research of the driver system and communication, the driver program of stm32 master chip is compiled Finally,.according to the technical indicators and working conditions of the gripper, the hardware architecture and human-computer interaction interface of the gripper are designed, and the corresponding software system design is completed by using LabVIEW.

The results show that the motion control system can realize the stable and efficient operation of the gripper and meet the working technical indexes of the inspection robot.

Key Words：driving system；serial communication；LabVIEW；driver motor

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景、目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 驱动电路的设计 2

1.2.2 虚拟上位机环境开发 5

1.3 课题研究内容 6

第2章 夹持器结构设计和硬件选型 8

2.1 夹持器模型及工作情况分析 8

2.1.1 夹持机构 8

2.1.2 导向机构 10

2.1.3 工作情况分析 11

2.2 夹持器受力分析 12

2.3 仿真分析 13

2.4 驱动电机与驱动芯片选型 16

2.4.1 驱动电机选型 16

2.4.2 驱动芯片选型 17

2.5 本章小结 18

第3章 夹持器控制系统设计 19

3.1 系统硬件构架 19

3.1.1 补光模块 21

3.1.2 USB通信模块 22

3.2 程序设计 23

3.2.1 卡爪部分设计分析 23

3.2.2 串口通讯部分设计分析 23

3.2.3 实际值测算部分设计分析 24

3.2.4 鲁棒性部分设计分析 25

3.2.5 主程序设计分析 26

3.3 本章小结 27

第4章 基于LabVIEW的夹持器控制系统设计 28

4.1 软件总体设计思路 28

4.2 各部分实现的设计与分析 29

4.2.1 串口信息确认设计 29

4.2.2 上位机键入设计 29

4.2.3 下位机接收信息显示设计 30

4.3 人机交互界面设计 32

4.4 本章小结 32

第5章 总结与展望 33

5.1 设计总结 33

5.2 研究展望 33

参考文献 34

致 谢 35

第1章 绪论

1.1 研究的背景、目的和意义

随着信息化时代的进步与发展，数据中心在生活中承担起越来越重要的信息整合与处理任务，而随着硬件的更新换代加快，以及为了满足更大的用户需求并提高数据中心处理信息的能力，数据中心的升级换代速度也变得频繁。

国内的大型数据中心是以阿里、腾讯、电信和联通等大型企业为主建设的，而目前国内数据中心机房均采用7×24小时专人值守的方式，工作人员需要按时巡检机房基础设施，并对基础运行数据进行检查核对分析。这种方式耗时费力，生产效率低，巡检标准化程度也相对较低^[1-3]。对企业而言，这个难题也体现在招聘上。机房设备类型多、数量大，需要巡检人员具有相当的专业知识背景，招聘培养新人并不容易，而数据中心扩容很快，现有配置的人员数量远远跟不上实际发展的需求。因此，智能机器人可以借助先进的深度学习算法、领先的机器视觉技术完美替代传统的人工巡检，可以解决了工错检、漏检等问题^[4]。