全自主复合机构越障机器人系统研究

摘要

本文针对移动机器人的系统设计开展研究。 第一，本文设计了一种采用轮、臂、履带复合式机构的移动机器人，和单一结构的机器人相比，该机器人具有更好的运动性能及越障能力。 第二，本文针对机器人不同运动状态，进行了系统的运动学、动力学分析，给出了机器人的运动学、动力学方程，为系统控制的研究提供了理论依据；同时，从理论上求解了机器人所能适应的各种环境参数。 第三，本文综合了行为式控制结构及功能式控制结构，提出了一种混合式的体系结构，既克服了功能式体系结构在不确定和未知环境中的建模困难、实时性和适应性差等缺点；同时实现对已有环境信息进行有效表示和利用，完成单一结构无法实现的复杂导航任务。 第四，针对机器人工作环境复杂，体积小等特点，本文对机器人的硬件控制平台进行了研究。控制系统采用多处理器的分级控制方式，即采用PC104-DSP处理器平台，在此平台上完成机器人的感知、通信及驱动等功能。 第五，本文提出一种基于贝叶斯估计的集中信息融合模式，对传感器获取的信息进行融合处理，继而建立环境模型。 第六，本文提出一种基于CMAC神经网络与PID的并行控制器的设计方法，利用传统PID实现反馈控制，保证系统的稳定性，且抑制扰动，该算法直接应用于控制直流电机调速系统。 论文的最后对所做工作进行了总结，同时提出了对未来研究的展望。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第一节移动机器人概述

第二节移动机器人的关键技术

第三节论文研究背景及意义

第四节论文主要研究工作

第二章运动学及动力学分析

第一节机器人机构分析

第二节运动学建模

第三节动力学建模

第四节越障能力分析

一、静念稳定性

二、附着性能

三、承载能力

四、履带摩擦阻力分析

五、越障能力

第三章机器人系统控制目标和控制体系

第一节系统控制目标

第二节系统组成

第三节控制体系结构

第四节智能控制系统

第五节小结

第四章控制系统硬件设计

第一节控制系统硬件设计概述

第二节主控系统设计

一、PC104

二、DSP

三、串口通信

第三节电机及电机驱动电路

一、电机选择

二、电机驱动电路

第四节速度检测单元

第五节传感器

一、视觉传感器

二、红外传感器

第六节电源及稳压电路

一、14.4V到5V

二、5V到3.3V

第五章控制系统程序设计

第一节机器人系统控制程序概述

第二节决策级系统

一、多传感器信息融合

二、避障子程序

三、越障子程序

四、串口通信

第三节协调级系统

一、串口通信

二、A/D转换

三、电机调速

第六章总结与展望

第一节论文工作总结

第二节未来工作展望

参考文献

硕士期间发表的学术论文

致谢

附录