竞速轮式移动机器人系统的开发研究

摘要

竞速轮式移动机器人系统是移动机器人系统研究领域的一个重要课题。随着计算机技术、电子技术、自动控制技术、人工智能技术的不断发展与创新,移动机器人研究进入了一个新的高度。将高级人工智能技术、模式识别技术应用于移动机器人的研究中,使得移动机器人的设计与开发更具备挑战性。本课题针对竞速轮式移动机器人系统,进行了移动机器人的系统设计,并对机器人的各项参数进行分析、实验。
　　 本文通过对竞速轮式移动机器人系统理论的研究和分析,提出了竞速轮式移动机器人系统结构体系的基本方案,建立了主要包括机械系统中的机器人本体和电源,控制系统中的信息采集和信息处理的竞速轮式移动机器人系统结构。设计开发了竞速轮式移动机器人机械系统。其中主要研究了供电系统方案,设计了铰接式底座、优化了传感器前瞻长度,分析了机器人的动力学和运动学模型,确定了动力系统的各项主要参数。针对已建立的竞速轮式移动机器人机械系统,采用H8/3048微控制器为核心控制系统,基于红外传感路器的路径识别为系统输入,直流电机PWM控制信号为系统输出,并通过PID控制原理的运用开发出稳定的竞速轮式移动机器人闭环控制系统。以瑞萨MCU比赛为平台,基于已建立的竞速轮式移动机器人系统,确定了系统程序的设计,通过实验实现了移动机器人系统稳定、可靠、快速的运行。该竞速移动机器人系统可达到平均3m/s的速度,能通过各种直线赛道、弯道、90°急弯及换道。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外移动机器人发展现状

1.3 国内外智能车发展现状

1.4 研究目标

1.5 研究内容

1.6 拟解决的关键性问题

第二章 竞速轮式移动机器人系统设计

2.1 机械系统

2.1.1 机械本体

2.1.2 电源模块

2.2 控制系统

2.2.1 信息采集

2.2.2 信息处理

2.3 本章小结

第三章 竞速移动机器人机械系统的设计研究

3.1 供电系统设计

3.1.1 供电系统方案(一)

3.1.2 供电系统方案(二)

3.1.3 供电系统方案(三)

3.2 底座设计

3.2.1 铰接式底盘模型分析

3.2.2 铰接点位置选择

3.2.3 重心位置选择

3.3 传感器前瞻长度研究

3.4 动力系统设计

3.4.1 动力学基本原理分析

3.4.2 行进电机选择

3.4.3 电机执行原理

3.4.4 电机差速分析

3.5 其它机械结构研究

3.5.1 轴距对赛车性能的影响

3.5.2 轮胎设计

3.6 本章小结

第四章 竞速轮式移动机器人控制系统的设计研究

4.1 微控制器模块

4.1.1 I/O口分配

4.1.2 定时器模块

4.1.3 MCU电源需求

4.2 路径识别模块

4.2.1 传感器板

4.2.2 检测原理

4.2.3 传感器板电源需求

4.3 驱动模块

4.3.1 电机驱动

4.3.2 PWM调节

4.3.3 控制策略

4.3.4 程序实现

4.4 反馈模块

4.4.1 反馈原理

4.4.2 测速方案选择

4.4.3 控速方案选择

4.4.4 程序实现

4.5 本章小结

第五章 竞速轮式移动机器人系统实验

5.1 比赛赛道介绍

5.1 工作平台

5.2 实验目的

5.3 移动机器人实验

5.3.1 实验流程

5.3.2 程序流程

5.3.3 实验程序

5.4 实验结果分析

5.5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 竞速轮式移动机器人设计图