自主移动机器人运动控制系统的设计与实现

摘要

机器人的研究涉及到自动控制、机械工程、电子技术、计算机技术等许多学科,是一门多学科的综合科学.这一领域的研究,大多集中在机器人结构设计、路径规划、控制方法、各种模型的建立、智能技术应用等方面.移动机器人技术作为机器人学的一个重要分支,是一项具有很多年历史而且具有广泛应用前景的技术.该论文在分析移动机器人的技术特点及发展现状的基础上,设计了两轮差速驱动机器人小车及其运动控制系统.移动机器人车体结构和运动控制系统决定了它的运动能力.该设计中以68HC908GP32为核心的运动控制部分,包括了传感器模块、电子罗盘模块、电源模块、执行模块、驱动控制模块等.利用68HC908GP32的PWM输出功能,方便地实现了直流电动机的转速控制.并通过标准串口与导航系统进行通信,接收运动指令,提供给导航系统方位信息.移动机器人的位置和姿态识别是移动机器人导航控制中的一个最基本的问题.该论文根据两轮差速驱动机器人的微运动方程,以内传感器提供的信息为基础,推导了一种简洁实用的航位推算公式.这种方法可以在性能较高的微处理器中采用,进行实时推算,具有一定的效率优势.作为智能控制技术的一种,模糊控制技术可以对那些数学模型难以求取或无法求取的对象进行有效控制.用普通微控制器实现模糊控制,关键在于软件的编制和前期处理,因此必须充分考虑内存容量以及执行速度.该设计中对模糊规则进行了有效的压缩存储,并且优化了模糊推导过程,这样既节约了系统资源,又减少了中断模糊处理所耗费的时间.

目录

文摘

英文文摘

1前言

1.1国内外自主移动机器人研究情况

1.1.1研究的历史与现状

1.1.2研究的基本内容

1.2移动机器人发展状况的分析

1.3我们的主要研究工作

2运动控制系统的硬件设计技术

2.1机器人的车体结构

2.1.1方案选择

2.1.2各部分构成

2.2硬件框图

2.2.1微控制器68HC908GP32简介

2.2.2框图组成

2.3电源模块

2.4电子罗盘模块

2.4.1电子罗盘与微控制器的接口

2.4.2电子罗盘的工作方式

2.5电机驱动控制模块

2.5.1驱动电机

2.5.2转速控制方法

2.5.3驱动模块

2.6转速传感器

2.7硬件的可靠性设计

2.7.1微机控制系统的可靠性技术

2.7.2提高微机控制系统可靠性的途径

2.7.3采取的措施

3两轮差速驱动机器人的航位推算

3.1位姿识别的方法

3.1.1内传感器

3.1.2外传感器

3.2两轮差速驱动机器人的微运动状态方程

3.3航位推算公式

3.3.1微运动为直线运动时的航位推算公式

3.3.2微运动为圆弧时的航位推算公式

4模糊技术在运动控制中的应用

4.1几种自动控制方法的比较与选取

4.2模糊控制的实现方法

4.3速度控制模糊算法设计

4.4模糊控制在微控制器中的具体实现方法

4.4.1隶属函数和模糊规则的存取

4.4.2模糊推理的实现

5运动控制系统软件设计

5.1主程序框图

5.2硬件的自检与电子罗盘的校正

5.3通信子程序

5.4模拟串口子程序

5.5软件调试

6总结与展望

致谢

参考文献

附录