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轮式移动机器人控制系统研究与实现

作　者: 张瑞东
导　师: 贺洪江
学　校: 河北工程大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 轮式结构差速轮全向轮路径控制直流电机
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

轮式移动机器人是机器人研究领域的一个重要分支,它集机械设计、智能控制、信息处理、检测与转换等技术于一体,跨越机械制造、自动控制、计算机、电子等诸多学科,已经成为当前机器人研究的重点方向之一首先,本文对轮式机器人的运动结构要求做了简要介绍,分析出轮式运动结构相对于其他结构的优势。并以常用的差速轮结构和三轮全向轮结构为例,进行车体控制要求的详细推导计算。其次,本文详细设计了轮式移动机器人控制系统的硬件系统。其主要包括以ARM处理器为核心的系统主控制器、能够精确实现速度直流电机控制器、智能巡线仪的设计。在这部分内容中,本文对控制各个模块主要硬件的选型、单元电路的设计作了详细的说明。最后,结合机器人路径控制,本文对轮式移动机器人的运动控制做了详尽的分析,得出了机器人“直线行进”与“圆弧路径”的控制方法。并给出了辅助直线行进的智能巡线仪和电机控制器的软件设计方法和流程图。本文设计的特色之处在于将复杂的机器人控制系统以集成化的理念设计。将系统拆分为几个功能模块进行设计,最终集成为一套较为完善的移动机器人的运动控制系统。为今后的研究打下了一定的基础。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题科学意义和应用前景  10
  1.2 国内外研究概况  10-13
  1.3 移动机器人的发展趋势  13
  1.4 轮式移动机器人控制的关键技术  13-15
  1.5 移动机器人发展过程中存在的问题及解决途径  15-16
  1.6 课题应用  16
  1.7 本章小结  16-17
第2章轮式机器人的底盘结构  17-23
  2.1 机器人底盘结构  17
  2.2 差速轮结构  17-20
  2.3 全向轮结构  20-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章轮式移动机器人控制系统硬件设计  23-41
  3.1 硬件系统总体结构  23-24
  3.2 系统主控板硬件设计  24-29
    3.2.1 ARM7--LPC213x系列微处理器  24-26
    3.2.2 LPC213x系列微处理器开发环境介绍  26-28
    3.2.3 主控板原理图  28-29
    3.2.4 主控板总线通信系统设计  29
  3.3 陀螺仪模块设计  29-33
    3.3.1 最小系统  29-31
    3.3.2 陀螺采样电路设计  31-32
    3.3.3 陀螺仪模块通信电路设计  32
    3.3.4 陀螺供电部分设计  32-33
  3.4 电机驱动器设计  33-37
  3.5 智能巡线仪的设计  37-40
    3.5.1 智能巡线仪的功能  37
    3.5.2 智能巡线仪的硬件设计  37-40
  3.6 开关量采集仪  40
  3.7 本章小结  40-41
第4章轮式移动机器人控制系统软件设计  41-57
  4.1 串口通信程序设计  41-45
  4.2 轮式移动机器人控制  45-53
    4.2.1 移动机器人控制策略  45
    4.2.2 移动机器人路径规划与速度曲线  45-47
    4.2.3 直线行进控制算法  47-48
    4.2.4 圆弧跟踪算法  48-49
    4.2.5 数字PID控制算法  49-53
  4.3 电机驱动器的软件设计  53-54
  4.5 智能巡线仪的软件设计  54-56
  4.6 本章小结  56-57
第5章系统可靠性的设计  57-63
  5.1 硬件可靠性的设计  57-58
  5.2 软件可靠性的设计  58-61
    5.2.1 影响软件可靠性的因素  58-59
    5.2.2 提高软件可靠性的方法和技术  59-60
    5.2.3 程序的可靠性设计  60-61
  5.3 本章小结  61-63
结论与展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
作者简介  68
攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果  68

轮式移动机器人控制系统研究与实现

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