轮式移动机器人运动控制系统研究与设计

西安电子科技大学硕士学位论文轮式移动机器人运动控制系统研究与设计姓名：赵世强申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：牛海军20090101轮式移动机器人运动控制系统研究与设计作者：赵世强学位授予单位：西安电子科技大学相似文献(10条)1.学位论文朱剑基于DSP与USB的移动机器人运动控制系统研究与开发2008移动机器人是机器人领域的一个重要的发展方向，越来越广泛地应用于工业、农业、军事、教育等人类社会的各个方面。移动机器人是集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统，运动控制系统是其非常重要的一环。基于DSP与USB的移动机器人运动控制系统的研究与开发对移动机器人向高速、高精度、开放化、智能化、网络化的方向发展，具有重要的理论意义与应用价值。本文首先讨论了移动机器人研究的发展、现状及趋势，详细介绍了运动控制器的类型及选择，并指出了本课题的主要研究内容。接着本文讨论了本移动机器人整体结构、平台组成以及其运动控制系统的设计方案，提出了以DSP(数字信号处理器)为核心、采用USB(通用串行总线)与PC机进行通信、在实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ下进行软件编程的运动控制系统的设计方法。然后对本移动机器人运动控制系统各个模块的硬件电路设计进行了详细介绍，包括：DSP芯片的特点及选型、电源电路、DSP最小系统电路、无线数据收发模块、USB通信模块、USB芯片及DSP之间的接口电路以及电机驱动模块等。在软件实现方面，讨论了实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ在TMS320LF2407DSP上的移植，对移动机器人运动控制进行了任务分配，介绍了各任务的功能及具体实现，并对USB接口芯片AN2131QC单片机的固件设计及装载进行了介绍。本文还设计开发了一种移动机器人多超声波传感器环境探测系统，包括：单路超声波传感器测距的硬件电路设计和程序设计、多超声波传感器的结构设计。2.学位论文田淑杭基于DSP的移动机器人运动控制系统的研究2004移动机器人运动控制系统是移动机器人的运动控制部件,对机器人的平稳运行起着重要的作用.随着新的控制算法的应用和电子技术的发展,移动机器人正朝着高速、高精度、开放化、智能化、网络化发展,对运动控制系统也提出了更高的要求.移动机器人要实现高速、高精度的位置控制和轨迹跟踪,必须依赖先进的控制策略和优良的运动控制系统.运动控制的最有效的方式就是对运动源的控制,电动机是最常用的运动源.因此,一般通过对电动机的控制来实现移动机器人的运动控制.根据运动控制系统的核心部件和控制要求的不同,本文介绍了运动控制系统常用的六种实现方案,根据它们的优点与缺点,选定以DSP(数字信号处理)控制器为核心芯片进行运动控制系统的设计.论文中研究了基于DSP的移动机器人运动控制系统的具体实现方案,对系统的硬件结构、控制软件及速度算法进行了分析与设计.首先,本文设计了运动控制系统的结构及主要的硬件电路.论文介绍了移动机器人控制系统的组成与行驶机构,详细叙述了运动控制系统的总体设计、DSP功能分析以及驱动电机选型;讨论了运动控制系统的功能结构,针对主要的电路结构进行了详细设计和分析,其中包括复位和时钟电路、串行通信接口、ADC电路、电机驱动、信号隔离与反馈检测等模块.其次,本文提出了运动控制系统的控制软件和编程思路.论文中介绍了软件控制的总体结构与功能模块,然后详细介绍了各个模块的程序编写与必要的DSP寄存器的设置,包括脉冲输出与转向控制、通讯接口与数据校验、模数转换、QEP脉冲计数、主程序及FLASH引导程序,并介绍了相应的程序流程图.最后,为提高步进电机的控制性能,本文改进了两相混合式步进电机的闭环控制方法.本部分讨论了步进电机的升降速曲线,并根据其数学模型设计了PID控制器、模糊控制器和自整定模糊PID控制器,介绍了PID控制器的实现程序,对模糊控制规则表、PID参数选择和仿真结果进行了分析.3.期刊论文祖莉.王华坤智能移动机器人运动控制系统及算法的设计-机器人技术与应用2002,(5)本文应用系统工程的方法对户外智能移动机器人的运动控制系统进行了研究,从实用的角度提出了运动控制系统的实现方法.根据移动机器人户外工作的特点和要求,设计了简单实用的伺服运动控制器,并基于其动力学模型设计了稳定的控制算法.实验结果表明该户外移动机器人运动控制系统的结构设计和功能设计符合实用要求,具有一定的应用价值.4.学位论文庄焕伟基于DSP的移动机器人运动控制系统的研究2007作为机器人领域发展的一个重要方向，移动机器人由于具有广泛的应用前景，已成为目前机器人领域的研究重点之一。运动控制技术是移动机器人技术的重要组成部分，控制的好坏对机器人的性能有着直接的影响。移动机器人要能平稳地运行，要能实现高速、高精度的位置控制和轨迹跟踪，必须依赖先进的控制策略和优良的运动控制系统。针对目前移动机器人运动控制系统存在的不足，本文研究了基于DSP的移动机器人运动控制系统，重点在于使系统能实时、精确、稳定地完成控制要求，并具有模块化的软硬件结构。首先，研究开发移动机器人运动控制系统的硬件构成。分析确定了移动机器人的运动方式和底盘结构，推导了机器人运动平台的动力学模型：进行移动机器人动力分析及驱动电机的校验；比较选定核心处理器；完成了直流伺服电机驱动电路的开发并分析构建出以：DSP芯片为控制核心的系统硬件框架。其次，研究开发了对驱动电机的速度控制器。分析建立了直流电机的数学模型，并根据其数学模型研究开发了PID控制器、模糊控制器和模糊PID控制器，给出了三种控制器的具体实现方法；应用Matlab的Simulink模块对开发出的控制器进行仿真比较。再次，开发设计了移动机器人运动控制系统的软件程序。应用VisualBasic6.0开发平台，完成了上位机-计算机控制界面的开发；应用CCS2000开发环境，完成下位机-DSP的软件编写。最后，对整个控制系统进行了联调和实验，从实验的结果可得，所研究开发出的运动控制系统基本达到设计要求。5.学位论文曹小松危险品探测移动机器人平台的研制2009危险品探测移动机器人可以代替人去完成危险的工作，特别是在发生重大化学物质泄漏或环境污染事故时，经常遇到情况不明、人员无法接近或高度危险的区域，利用机器人代替工作人员进入危险场合去查明现场情况、取回样本、处理高危险性事件，则可大大减少人员伤亡，提高保障能力和工作效率。围绕危险品探测移动机器人平台的研制工作，研制了移动机器人的运动控制系统、传感器系统以及操作员控制器。首先分析了危险品探测移动机器人平台的功能需求，选择了可以在复杂地形上行驶的四轮车架作为移动机器人平台。设计了一个层次式、具有模块化、网络化、局部智能等特点的危险品探测移动机器人电子系统硬件，介绍了一个融合层次式控制体系与基于行为的控制体系优点的混合式移动机器人体系结构。接着介绍了危险品探测移动机器人运动控制系统的设计和实现。运动控制系统能够实现移动机器人平台的运动控制和转向控制，采用经典PID算法和模糊控制相结合的模糊PID控制方法实现了移动机器人运动速度的控制。针对危险品探测移动机器人在正常工作时，既要监控自身的位置、姿态、运动速度、以及机器人内部状态，也要感知所处的工作环境，设计了移动机器人传感器系统，它由测距系统、车体倾斜测量模块、GPS定位系统等组成。测距系统由超声测距模块、红外测距模块和数据融合模块组成，利用自适应加权融合算法实现多传感器信息融合，能很好地满足移动机器人自主导航时的避障要求。车体倾斜测量模块能够实时地测量移动机器人的侧倾和前滚姿态。GPS模块则能给出机器人当前所在位置的经纬度、海拔高度等信息。根据操作员遥控操作控制器的功能需求，设计了一个用于人机交互的操作员控制器，由模拟命令输入面板和一台笔记本电脑组成，具有命令输入直观、操作方便、交互性强等优点。最后介绍了危险品探测移动机器人的实验过程，实验表明机器人能在碎石、草地等崎岖地面行驶；能利用自身携带的摄像头、可燃或有毒气体传感器等对未知环境或者危险区域的地形、环境参数、气体浓度进行探查并回传数据、图像；满足危险品探测等一般任务的需求。此外，它还能方便地搭载其他测量分析仪器。6.期刊论文钟新华.蔡自兴.邹小兵基于ADT850的移动机器人运动控制系统设计-电光与控制2004,11(4)主要介绍了一种移动机器人的运动控制系统硬、软件结构.控制系统是由工业PC,ADT850运动控制卡及相关传感器组成;操作系统采用Windows98系统,采用VisualC++6.0开发,并应用模块化及Windows线程的多任务处理机制实现控制程序设计;根据状态反馈控制理论,设计了移动机器人路径跟踪控制算法.实验论证了此控制系统及控制算法的有效性.7.学位论文刘嘉移动机器人底层运动控制系统的设计2007随着移动机器人技术研究的不断深入，机器人涉足的领域越来越广，需要完成的任务越来越精确复杂，运动的实时性和可靠性要求也越来越高。为适应这一发展，目前机器人的设计多采用慎思/反应混合范式。本文重点对移动机器人底层运动控制系统进行了设计，并将其用于基于慎思/反应混合范式的高尔夫球童机器人。首先，根据机器人系统的要求，设计出机器人底层系统的运动机构，选择执行机构电机，并对机器人底层运动控制系统的电路设计提出要求。其次，根据设计要求，进行底层运动控制系统硬件电路和软件程序的设计，主要包括了主控制器电路和电机控制电路。在移动机器人可以完成行走任务之后，利用超声波传感器和光电传感器为机器人系统建立避障系统。最后，将设计好的机器人底层运动控制系统应用到实验室的高尔夫球童机器人项目上，结合上位机系统和视觉传感器，完成对高尔夫运动者的跟踪，并提出了利用步速检测进行跟踪的原理，设计电路和程序得以实现。基于慎思/反应混合范式的机器人既具有智能规划能力，又具有良好的实时性。底层运动控制系统可以产生反应式行为，能够有效地使球童机器人在运动中检测到障碍物并采取避障措施，并且能将各种传感器信息将传送至上层系统，用于地图的构建和路径的规划。底层运动控制系统的设计为实验室移动机器人的研制建立了一个稳定的移动平台。8.学位论文林志炜履带式移动机器人运动控制系统设计2008本文以履带式移动机器人为研究对象，以TMS320F2812为系统核心，构建了履带式移动机器人的运动控制系统。对履带式移动机器人的平面运动进行了运动学分析，采用滑移转向方法对履带式移动机器人转向进行了动力学分析。针对履带式移动机器人差动驱动的特点，提出了机器人运动控制系统的实现方案，并给出了相应的软、硬件设计方案。讨论了直流电动机的PWM控制技术，并对速度和电流双闭环控制进行了分析。重点介绍了运动控制系统的硬件和软件设计，硬件系统实现了PWM功率变换、电动机电枢电流检测和系统故障保护，在DSP程序中实现了履带驱动电动机的闭环控制算法，采用MFC设计的上位机调试监控软件，实现了参数设置、曲线显示和通信功能。最后对系统进行了调试，并给出了系统调试结果。9.会议论文钟新华.蔡自兴.邹小兵移动机器人运动控制系统设计及控制算法研究2004提出了一种移动机器人的运动控制系统硬、软件结构.此控制系统是由工业计算机,ADT850运动控制卡及相关传感器组成;其操作系统采用Windows98,用VC++6.0开发,并应用模块化及Windows线程的多任务处理机制实现控制程序设计;根据状态反馈控制理论,设计了移动机器人路径跟踪控制算法.实验论证了此控制系统及控制算法的有效性.10.学位论文钟新华移动机器人结构设计与运动控制方法研究2005移动机器人移动平台的设计与运动控制技术的研究是整个移动机器人系统研究的两大重要组成部分，它将为移动机器人更高层次的理论与方法研究提供一个可靠的实验平台及基础。本文介绍了一种六轮式移动机器人移动平台的设计和基于IPC的移动机器人运动控制系统的具体实现方案以及对移动机器人运动控制方法进行研究。具体内容有：首先，提出了一种由三个摇架装置组成的六轮式移动机器人的移动机构，然后，对基于此移动机构的移动机器人的结构设计作了较为详细的介