多功能智能移动机器人控制系统设计与分析

摘要

智能移动机器人集人工智能、智能控制、信息处理、图像处理、检测与转化等专业技术为一体，跨计算机、自动控制、机械、电子等多学科，成为当前移动机器人研究的重点之一。课题源于南京科技局的“多功能智能移动机器人”实际工程项目，其主要工作致力于移动机器人控制系统的设计与分析。 首先，论文结合实际项目的系统需求和技术指标，依据控制系统设计原则，对多功能智能移动机器人控制系统体系结构进行了分析，并通过对不同控制方案的比较，构建了PC工控机+Elmo Harmonica数字伺服控制器的分布式控制系统。 其次，根据多功能移动机器人的工作需要和应用特点，设计了移动机器人传感器系统，通过主控计算机扩展的3个RS-232串口和数据采集卡实现对传感器数据的采集和处理。通过传感器信息采集实验，验证了该传感器系统能够满足机器人对环境信息的采集要求。 最后，根据多功能智能移动机器人所采用的传感器，通过数字编码器-磁罗盘相结合的定位方法对机器人在行驶过程中进行定位，采用超声波与红外光电传感器组合方式探测机器人周围的障碍信息，利用倾角传感器检测机器人的自身姿态信息，将机器人的路径规划过程分为朝向目标点运动行为、避障行为、爬坡行为、紧急处理行为和到达目标点行为这5种行为，设计了一种基于行为的移动机器人实时路径规划控制策略。并在Matlab环境下对机器人路径规划进行了仿真，通过仿真验证了所采用的控制策略的有效性和正确性。

目录

文摘

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声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 智能移动机器人的关键技术

1.2.1 传感器技术(多信息融合)

1.2.2 智能控制技术

1.2.3 导航技术

1.2.4 定位技术

1.2.5 路径规划技术

1.3 课题研究的意义和目的

1.3.1 课题研究的意义

1.3.2 课题研究的目的

1.4 目前国内外研究现状及发展趋势

1.4.1 国外移动机器人发展现状

1.4.2 国内移动机器人发展概况

1.5 课题的来源与研究的主要内容

2控制系统总体设计

2.1 多功能智能移动机器人

2.1.1 多功能智能移动机器人系统需求分析

2.1.2 多功能智能移动机器人技术指标

2.1.3 多功能智能移动机器人本体结构

2.2 控制系统控制方案设计

2.2.1 控制系统设计原则

2.2.2 控制系统的结构形式

2.2.3 控制系统方案确定

2.3 本章小结

3硬件系统设计与实现

3.1 电机控制系统

3.1.1 电机选择

3.1.2 伺服控制器选择

3.1.3 电机编码器选择

3 2 传感器系统

3.2.1 HMR3000数字磁罗盘

3.2.2 CXTILT02EC倾角传感器

3.2.3 GPS

3.2.4 超声波传感器与红外光电开关

3.2.5 采集卡的选择

3.2.6 串口扩展卡的选择

3.3 机器人硬件系统框图

3.4 本章小结

4软件系统设计与实现

4.1 传感器信息的获取子模块

4.1.1 倾角传感器信息获取

4.1.2 罗盘信息获取

4.1.3 GPS信息获取

4.1.4 超声波及光电开关信息获取

4.2 电机控制子模块

4.2.1 伺服控制器的标定

4.2.2 基于VB的电机控制编程

4.3 数字编码器-磁罗盘定位

4.4 基础实验

4.5 本章小结

5多功能智能移动机器人实时路径规划

5.1 路径规划的基础理论

5.2 基于多传感器的路径规划算法

5.2.1 多功能智能移动机器人运动学模型

5.2.2 控制策略

5.3 基于MATLAB的路径规划仿真实验

5.4 本章小结

6总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致 谢

参考文献

附录