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轮式移动机器人控制系统设计

作　者: 李引魁
导　师: 黄玉美
学　校: 西安理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 轮式移动机器人电子罗盘嵌入式工控机自适应滤波嵌入式实时操作系统μC/OS-II
分类号: TP242.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 714次
引　用: 6次
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内容摘要

本文以研究所自主开发的轮式移动机器人为研究对象,从工程应用的实际需要出发,利用计算机控制技术、传感器检测技术和信号处理技术,对轮式移动机器人在实际工程中的应用、运动学建模、计算机控制系统的组成和开发、信号的检测与处理等内容进行了较为深入的分析和研究。主要包括以下内容:1)针对两轮差速转向轮式移动机器人进行运动学建模,为后续的运动控制建立基础。2)研究了轮式移动机器人传感器、计算机控制系统的组成,开发了PC/104嵌入工控机与PMAC2A-PC/104运动控制卡相结合的组合系统,使嵌入式工控机负责外围器件的扩展,运动控制卡负运动控制部分。两控制部分并行运行,从而提高了系统快速性。3)分别采用防脉冲均值滤波、中值滤波、自适应滤波算法对陀螺仪进行数字信号处理,综合比较,得出自适应滤波算法对陀螺仪信号滤波效果最好,有效抑制了检测信号中存在的白噪声,提高了传感器的精度。4)对电子罗盘进行参数如何设置进行了分析。对电子罗盘进行了标定实验,通过标定提高了电子罗盘的精度,并且使电子罗盘具有很好的重复性。分别采用防脉冲均值滤波、中值滤波、自适应滤波算法对电子罗盘进行数字信号滤波处理,实验验证中值滤波对电子罗盘信号滤波效果最好,响应速度快、抗干扰能力强等。5)对轮式移动机器人控制系统进行新的软件设计开发。采用嵌入式操作系统μC/OS-II来进行多任务调度,使得机器人可以在单系统和组合系统之间相互切换,并具有故障报警和排除功能,从而提高了机器人程序的可扩展性,增强了控制系统的鲁棒性和冗余度。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 物流系统的轮式移动机器人  8
  1.2 AGV 所采用的技术  8-10
  1.3 AGV 的应用  10-11
  1.4 移动机器人的发展历史与现状  11-12
  1.5 研究课题的确立  12-13
  1.6 本章总结  13-14
2 轮式移动机器人运动学分析  14-20
  2.1 概述  14
  2.2 轮式移动机器人运动的力学原理  14
  2.3 常用轮子形式和材料  14-16
  2.4 西安理工大学机械自动化研究所AGV 简介  16-17
  2.5 差速AGV 运动模型的建立  17-19
  2.6 本章总结  19-20
3 轮式移动机器人控制系统硬件设计与开发  20-35
  3.1 引言  20
  3.2 传感器选用  20-22
  3.3 控制器硬件设计  22-26
  3.4 控制系统软件设计  26-34
  3.5 本章总结  34-35
4 检测信号的数字滤波处理  35-40
  4.1 概论  35
  4.2 均值滤波设计  35
  4.3 防脉冲均值滤波设计  35-36
  4.4 中值滤波设计  36
  4.5 陀螺仪采集信号的自适应滤波  36-39
  4.6 检测信号的数字滤波处理的实现  39
  4.7 本章总结  39-40
5 电子罗盘信号采集系统的设计与标定  40-53
  5.1 电子罗盘特性  40
  5.2 电子罗盘采集系统设置  40-43
  5.3 电子罗盘信号采集系统硬件设计  43-45
  5.4 电子罗盘标定实验  45-47
  5.5 采集数据分析  47-51
  5.6 标定结果的重复性检查  51-52
  5.7 本章总结  52-53
6 基于μC/OS-II 轮式移动机器人控制系统软件设计与开发  53-66
  6.1 概论  53-54
  6.2 基于PMAC2A 下位机控制系统的构建  54-56
  6.3 基于PC104 上位机控制系统程序总体构建  56-65
  6.4 本章总结  65-66
7 全文总结  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-70
附录  70-71
攻读硕士学位期间发表的论文:  71
获奖情况:  71

轮式移动机器人控制系统设计

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