基于DSP的移动机器人运动控制研究

论文摘要

移动机器人是机器人学的一个重要分支,近年来,广泛用于抢险、救灾和科学探索等领域,移动机器人的参与降低了人的工作强度和危险性。鉴于在民用、工业以及军事等领域的广泛应用,移动机器人正逐渐成为研究热点。另外,开展对移动机器人的研究对人工智能、自动控制和电子电气等相关领域的发展具有重要推动作用。因此,移动机器人运动控制研究在理论研究和实际应用中都具有非常重要的意义。运动速度控制和运动方向控制是移动机器人研究领域的重要研究方向,围绕该方向本文主要完成了以下工作：以TMS320F2812为下位机主控制器,完成了移动机器人的外围电路设计,包括：电源电路；用于机器人速度控制的信号隔离电路、直流电机驱动电路和基于增量式光电编码器的速度测量电路；用于机器人运动方向控制的陀螺仪传感器电路和舵机驱动电路；下位机与上位机之间的串口通信电路。以上述硬件电路为基础,编写了下位机的电机驱动、信号采集,脉冲捕捉,数据发送等各模块程序,实现了电机转速的测量和陀螺仪输出信号采集等功能。另外,还使用Visual C++ 6.0编写了上位机串口通信软件,用于下位机和上位机的数据传输。实现了基于PID控制算法的机器人运动速度的闭环控制。利用卡尔曼滤波算法对陀螺仪随机测量噪声进行滤波,在此基础上利用一元线性拟合实现了陀螺仪零位电压的估计和陀螺仪温漂的补偿,通过积分运算获得了机器人的运动方向角度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景、目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 移动机器人关键技术与发展趋势
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 移动机器人的设计方案
• 2.1 微控制器选型
• 2.2 驱动执行机构选型
• 2.3 速度检测传感器选型
• 2.4 方向检测和控制传感器
• 2.5 移动机器人的总体设计
• 3 移动机器人的硬件电路设计
• 3.1 电源电路
• 3.2 信号隔离电路
• 3.3 电机驱动电路
• 3.4 速度测量电路
• 3.5 串口通信电路
• 3.6 舵机电路
• 3.7 陀螺仪传感器电路
• 3.8 本章小结
• 4 移动机器人运动速度控制
• 4.1 引言
• 4.2 数字PID控制算法
• 4.3 基于数字PID的机器人速度控制
• 4.4 本章小结
• 5 移动机器人运动方向检测
• 5.1 基于卡尔曼滤波器的陀螺仪信号滤波
• 5.2 基于一元线性拟合的陀螺仪温漂补偿
• 5.3 实验结果及其分析
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的成果
• 附录A TMS320F2812最小系统原理图
• 附录B 移动机器人总原理图