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非平整地面移动机器人平台位姿估计与控制研究

作　者: 刘俊
导　师: 范元勋
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 移动机器人平台 非平整地面 位姿估计 位姿控制
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 165次
引　用: 3次
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内容摘要


本文主要研究非平整地面移动机器人平台位姿估计以及位姿控制的问题。根据移动机器人在复杂地形条件下的工作要求以及所研究机器人的结构特点，设计了机器人平台位姿检测的两种方法。本文通过D—H坐标变换法，建立单侧摇臂对移动机器人平台的运动学模型，然后根据矢量迭加的方法，综合考虑双侧摇臂作用对机器人平台位姿影响，建立了移动机器人平台位姿估计系统模型，为平台控制系统的设计提供了理论的依据。本文还从静态和动态两个方面分析了移动机器人平台位姿误差的主要来源，采用矩阵微分法建立了平台位姿误差的模型，并根据建模分析和平台实时位姿检测结果对机器人平台进行位姿补偿。本文最后研究了移动机器人控制系统的体系结构，采用分层递阶控制思想对机器人平台位姿控制系统进行总体结构设计，并对控制系统的流程和移动机器人关节控制器的各个功能模块进行了设计研究。本文的结果为非平整地面移动机器人平台位姿估计与位姿控制提供了必要的理论基础，其建模与分析思路也可推广应用到其它类型的摇臂式移动机器人中，具有一定的理论意义和实用价值。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-16
  1.1 概述  7-8
  1.2 国内外移动机器人发展概况  8-10
    1.2.1 国外移动机器人的发展状况  8-9
    1.2.2 国内移动机器人的发展状况  9-10
  1.3 移动机器人平台控制研究概况  10-14
    1.3.1 机器人平台位姿检测方法  10-11
    1.3.2 机器人误差分析与补偿  11-12
    1.3.3 机器人关节控制器的现状  12-14
  1.4 课题来源及研究意义  14-16
2 移动机器人平台的位姿分析与检测  16-27
  2.1 引言  16
  2.2 移动机器人总体结构介绍  16-19
  2.3 刚体位置与姿态的描述  19-20
  2.4 移动机器人实际位姿的检测方法  20-25
    2.4.1 基于立体视觉的移动机器人平台的位姿检测  20-23
    2.4.2 基于HMR3000电子罗盘的移动机器人平台位姿检测  23-25
  2.5 移动机器人平台结构位姿的控制分析  25-27
3 移动机器人平台运动学与动力学分析  27-43
  3.1 引言  27
  3.2 机器人平台的运动分析假设  27-28
  3.3 机器人平台位姿的运动学建模  28-38
    3.3.1 坐标系建立  28-31
    3.3.2 正运动学分析  31-34
    3.3.3 逆运动学分析  34-35
    3.3.4 雅可比矩阵  35-38
  3.4 机器人平台的动力学分析  38-43
    3.4.1 引言  38-39
    3.4.2 机器人动能和势能的计算  39-41
    3.4.3 机器人动力学方程的求解  41-43
4 移动机器人的位姿误差分析及建模  43-55
  4.1 引言  43
  4.2 影响移动机器人平台位姿精度的主要因素  43-46
    4.2.1 由静态因素引起的机器人位姿误差  44-45
    4.2.2 由动态因素引起的机器人位姿误差  45-46
    4.2.3 移动机器人平台位姿的综合误差  46
  4.3 移动机器人平台位姿误差模型建立  46-50
    4.3.1 摇臂连杆机构的位姿误差模型  47-48
    4.3.2 平台的位姿误差分析  48-50
  4.4 移动机器人平台位姿误差补偿  50-53
    4.4.1 位姿误差的单关节补偿  51
    4.4.2 位姿误差的多关节补偿  51-52
    4.4.3 位姿误差补偿的实现  52-53
  4.5 基于熵不确定概念的机器人位姿误差分析  53-55
5 移动机器人平台位姿控制系统设计  55-69
  5.1 引言  55
  5.2 机器人平台位姿控制系统设计  55-58
    5.2.1 控制系统的总体结构分析  55-56
    5.2.2 控制系统的流程分析  56-57
    5.2.3 控制器的功能需求分析  57-58
  5.3 移动机器人控制系统硬件设计  58-66
    5.3.1 TMS320LF2407 DSP芯片的功能介绍  58-59
    5.3.2 基于TMS320LF2407的控制系统设计  59-60
    5.3.3 关节控制器子模块设计  60-66
  5.4 移动机器人控制系统的软件设计  66-68
    5.4.1 平台控制系统主程序  66
    5.4.2 测速子程序设计  66-67
    5.4.3 通信子程序  67-68
  5.5 小结  68-69
致谢  69-70
6 结论  70-72
参考文献  72-74

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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