智能移动机器人控制系统设计与研究

摘要

智能移动机器人是机器人领域中一个重要的分支，它是集计算机，自动控制、微电子、机械、人工智能、仿生学等学科于一体的多学科交叉领域。随着机器人技术的不断发展，越来越多的智能移动机器人被应用于家庭、运输业、服务业和危险场合下的作业，这些应用对移动机器人的控制系统有了更高的要求。根据智能移动机器人在不同场景中的应用及其不同运动方式，本文设计了两种机器人智能移动机器人的控制系统，并针对该控制系统进行一定的研究。
　　一方面是六足移动机器人控制系统的设计，并保证六足机器人各项基本功能的实现，分析了具有多支链拓扑结构的六足机器人的结构特点，建立了一种六足机器人本体及足端运动学D-H坐标系。通过对六足机器人正逆运动学的分析，为机器人的步态规划提供了理论依据，分别得出了六足机器人腿末端与腿部关节变量之间的关系。同时，针对一种多自由度六足机器人，规划了一种纵向与横向直线行走的三角步态。此外，描述了六足机器人控制系统的设计，主要从机器人机械结构，硬件电路设计，软件系统设计方面展开。关于机械机构的设计，是从多足动物仿生的角度考虑，采取了模块化的方法设计了机器人驱动和腿部的结构。关于硬件系统的设计，具体设计了STM32最小系统，舵机驱动模块，稳压电路模块，蓝牙模块，2.4G无线通信模块，并设计了机器人本体和控制手柄的软件系统。
　　另一方面是轮式移动机器人控制系统设计和研究，本文首先研究了轮式移动机器人研究领域一个重要的问题，即机器人的同时定位与建图（SLAM）问题，描述了机器人在未知环境中根据位置估计和地图进行自身定位的算法，同时在自身定位的基础上构建了二维地图。然后基于Arduino MEGA2560设计了一种轮式移动机器人实验平台，其中硬件设计包含电机、驱动模块、激光雷达模块和芯片引脚配置等内容，并给出了硬件系统框架图，软件部分基于ROS机器人操作系统设计了一个基于RPBF算法的构建机器人周围环境二维地图的实验，实验结果表明了本文设计的轮式移动机器人系统的稳定性和有效性，并成功构建出了一副较大范围楼层的二维地图。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3 章节安排

第2章 六足机器人运动学分析及步态规划

2.1六足机器人结构简介

2.2六足机器人正运动学分析

2.3六足机器人逆运动学分析

2.4六足机器人运动步态规划

2.5本章小结

第3章 六足机器人控制系统设计

3.1引言

3.2六足机器人机械结构设计

3.3六足机器人控制系统硬件设计

3.4六足机器人控制系统软件设计

3.5本章小结

第4章 自制轮式移动机器人二维地图构建

4.1 移动机器人二维地图构建方法原理

4.2 实验硬件平台

4.3 电机控制

4.4 实验软件平台

4.5 基于RBPF算法的二维栅格地图构建

4.6 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢