基于LIN的移动机器人运动控制机理研究

论文摘要

移动机器人是目前机器人领域研究的重点之一,吸引着众多国内外学者的参与,它有着巨大的应用潜力。低成本的LIN总线通信方法,为移动机器人上各种电气设备之间的互联提供了有效的解决途径,可以应用到工业和生活中的电气设备互联中。本论文对“基于LIN的移动机器人运动控制机理”进行了研究,主要包括:介绍了移动服务机器人的国内外发展现状,指出移动机器人研究领域的几个关键技术;对移动机器人的稳定性、机动性和可控性进行了分析,建立了常用轮子的运动学约束方程,进一步建立了移动机器人的运动学模型,并在此基础上对移动机器人进行了三维建模,完成了移动机器人样机的装配;对基于神经网络的移动机器人路径规划技术和移动机器人路径跟踪模糊控制技术进行了研究,提出使用模拟退火法进行最优路径求解和二次曲线跟踪法进行快速纠偏的方案;系统深入地阐述了LIN通信原理,创造性的将LIN通信技术应用到移动机器人上,为移动机器人内部网络互连提供了一种低成本解决方案;设计和制作了基于LIN的直流电机驱动控制系统和基于LIN的移动机器人路径跟踪模糊控制系统,首次将KMA200可编程角度传感器应用到电机测速中,将改进后的直流电机作为移动机器人的驱动电机;设计制作了必要的硬件和软件装置,对两个控制系统分别进行了功能调试,在成功调试的基础上,分别设计了两个控制系统的软件。研究表明,基于LIN的移动机器人控制技术是可行的,具有很高的使用价值和广阔的发展前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的意义
• 1.2 移动服务机器人的国内外发展现状
• 1.3 移动服务机器人的关键技术
• 1.3.1 机器人的机械结构
• 1.3.2 多传感器信息融合技术
• 1.3.3 路径规划技术
• 1.3.4 导航与定位技术
• 1.3.5 跟踪控制技术
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 移动机器人运动学研究及其本体设计
• 2.1 引言
• 2.2 移动机器人的稳定性、机动性和可控性
• 2.2.1 稳定性
• 2.2.2 机动性
• 2.2.3 可控性
• 2.3 移动机器人运动学模型与约束
• 2.3.1 轮子类型
• 2.3.2 机器人的位姿表示
• 2.3.3 轮子运动学约束
• 2.3.4 机器人运动学约束
• 2.3.5 差动驱动机器人运动学模型
• 2.4 移动机器人的机械本体设计与制作
• 2.4.1 驱动结构的选择与设计
• 2.4.2 轮子的设计
• 2.4.3 联轴器的设计
• 2.4.4 移动机器人的三维模型
• 2.4.5 机械加工与装配
• 2.5 本章小结
• 第三章 移动机器人运动控制策略研究
• 3.1 引言
• 3.2 基于神经网络的移动机器人路径规划
• 3.2.1 碰撞路径的表示
• 3.2.2 物体表示为质点时的路径规划
• 3.2.3 物体为多面体时的路径规划
• 3.2.4 避免局部极值的模拟退火方法
• 3.3 移动机器人路径跟踪模糊控制方法
• 3.3.1 模糊控制输入输出变量的选取
• 3.3.2 输入输出量的模糊化
• 3.3.3 模糊控制规则的建立
• 3.3.4 模糊推理和解模糊
• 3.3.5 纠偏算法设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于LIN的移动机器人控制系统硬件研究
• 4.1 引言
• 4.2 LIN通信原理
• 4.2.1 LIN特性及其发展概况
• 4.2.2 LIN基本概念
• 4.2.3 信号管理
• 4.2.4 报文帧传输
• 4.2.5 总线驱动器/接收器
• 4.3 基于LIN的直流电机驱动控制系统硬件设计
• 4.3.1 驱动电机的选型与改进措施
• 4.3.2 直流电机驱动控制系统硬件设计
• 4.4 路径跟踪模糊控制系统硬件设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于LIN的移动机器人控制系统软件研究
• 5.1 引言
• 5.2 移动机器人运动控制系统外部接口
• 5.3 移动机器人控制系统软件设计
• 5.3.1 开发工具介绍
• 5.3.2 功能模块的调试
• 5.3.3 直流电机驱动控制系统软件设计
• 5.3.4 路径跟踪控制系统软件设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 有待进一步解决的问题
• 参考文献
• 作者攻读硕士期间发表的论文
• 致谢