户外自主移动机器人体系结构与控制系统研究

摘要

该论文主要研究户外自主移动机器人的运动控制系统与体系结构.在深入研究移动机器人的运动学模型与动力学模型基础上,针对户外工作环境下移动机器人的轨迹跟踪和路径跟踪,设计了稳定的非线性控制算法、智能PID控制算法和模糊-PID控制算法.在基于知识和行为的两种体系结构基础上,提出了一种新的混合柔性体系结构,为移动机器人实现全自主运动提供了有效的理论依据.在研究中设计制造了自主移动机器人样机MORO-I,采用工控机作为上层中央处理器,单片机芯片作为下层控制器,设计了机器人驱动模块和定位模块,实现了机器人的导航和自主行走控制.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1概述

1.2国内外户外移动机器人研究概况

1.3户外移动机器人的关键技术

1.3.1移动机器人体系结构的研究

1.3.2定位导航和避障技术

1.3.3视觉信息的实时处理技术

1.3.4多传感器信息融合技术

1.3.5路径规划与机器人控制技术

1.4研究背景及意义

1.5课题来源与论文主要研究工作

2移动机器人数学模型研究

2.1引言

2.2建立数学模型的重要性

2.3基于运动学的移动机器人建模

2.3.1简化的二轮结构机器人模型

2.3.2简化的三轮结构机器人模型

2.3.3移动机器人运动学模型

2.4基于动力学的移动机器人建模

2.5小结

3自主移动机器人跟踪控制

3.1引言

3.2移动机器人非完整性约束分析

3.3移动机器人轨迹跟踪控制

3.3.1基于运动学模型轨迹跟踪

3.3.2动力学模型的轨迹跟踪控制

3.4移动机器人路径跟踪控制

3.4.1智能PID控制方法路径跟踪

3.4.2模糊-PID混合控制路径跟踪

3.5小结

4户外自主移动机器人体系结构的研究

4.1引言

4.2体系结构的一般意义

4.3移动机器人体系结构研究方法

4.3.1基于知识的体系结构

4.3.2基于行为的体系结构

4.4混合柔性体系结构

4.4.1一般描述

4.4.2混合柔性体系结构

4.5小结

5户外自主移动机器人的硬件实现

5.1引言

5.2移动机器人本体设计

5.2.1总体方案确定

5.2.2驱动电机功率确定

5.2.3减速器设计

5.2.4机构本体设计

5.3移动机器人电路功能模块设计

5.3.1电路采用层次

5.3.2驱动电路模块设计

5.3.3定位电路模块设计

5.4控制软件和驱动程序

5.4.1控制软件

5.4.2伺服模块驱动程序

5.4.3光电编码器模块驱动程序

5.5小结

6论文总结

致谢

参考文献