智能驱动伺服方法研究及在自主载体上的实现

论文摘要

移动机器人有广阔的应用领域和发展前景，它所具有的优势越来越受到世界各国研究人员的普遍关注和重视。自主载体是移动机器人的简化形式，在此平台上进行驱动伺服方法的研究具有代表性。自主载体的行走控制通常采用分级策略，各控制级之间关系复杂，协调它们之间的信息交互工作繁重，不利于载体适应多变的环境。而且，上层模块给驱动的命令不能完全可靠，这容易造成硬件的保护性自锁。再者，驱动运行时随时可能遇到意外情况，这类问题也必须及时解决。本文围绕以上问题展开对智能驱动伺服方法的研究。首先，分析载体各控制级之间的相互关系，对现有的载体整体控制结构进行逻辑划分。并建立了以工控机为核心的驱动控制单元，工控机模块化的结构、丰富的软硬件支持为伺服方法的研究提供了基础平台。其次，根据智能驱动的要求对伺服方法进行研究。介绍了模糊控制方法的基本原理，并将此方法应用于驱动电机的转速调节。伺服控制不仅要满足基本的速度、加速度要求，还要满足与上级之间的时序协调关系，为此提出了分阶段对载体的运动进行控制的机制。同时，由于载体系统模型以及环境模型具有很强的不确定性，在独立于载体其他监控模块的情况下，驱动单元需要有一定的故障检测及处理能力，为此针对驱动单元特点，提出了对传感器错误信息、运行时遇到障碍及控制输出量超出限制值等问题的解决办法。最后，论文阐明了软件设计、实现方法和细节问题处置对策。在软件测试运行后，对于载体运动产生的误差进行了详细分析，提出改进方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 移动机器人技术的发展概况
• 1.2 移动机器人分类
• 1.3 移动机器人研究的几个关键技术
• 1.4 移动机器人伺服控制的发展
• 1.5 移动机器人对伺服控制提出的新要求
• 1.6 本课题的主要工作
• 2 自主载体系统结构
• 2.1 载体本体硬件构成
• 2.1.1 概况
• 2.1.2 载体轮式结构选择
• 2.1.3 光电传感器的布局
• 2.2 载体的控制结构
• 2.2.1 机器人体系结构分类
• 2.2.2 载体与作业机构之间关系
• 2.2.3 载体驱动与导航之间的关系
• 2.2.4 载体本体控制结构设计
• 2.3 坐标系的建立
• 2.3.1 全局坐标系
• 2.3.2 车载局部坐标系
• 2.3.3 全局坐标系和车载局部坐标系的转换
• 3 载体驱动单元结构
• 3.1 载体驱动单元的基本要求
• 3.2 基于工控机的驱动单元控制结构
• 3.3 驱动单元硬件构成
• 3.4 控制模块的设定与数据采集
• 3.4.1 PCL730数字量控制模块
• 3.4.2 PCL812模拟量控制模块
• 3.4.3 光电码盘数据采集
• 4 伺服方法研究与实现
• 4.1 概述
• 4.2 电机调速算法的选择
• 4.2.1 问题描述
• 4.2.2 模糊控制方法简介
• 4.2.3 模糊控制方法在本课题中的应用
• 4.3 驱动单元协调方法
• 4.3.1 问题描述
• 4.3.2 驱动与上层的时序协调
• 4.3.3 基于时序协调的最大、最小速度、加速度设定
• 4.3.4 多驱动单元之间协调
• 4.4 故障处理
• 4.4.1 问题描述
• 4.4.2 上层命令不合理的处理
• 4.4.3 传感器误码的处理
• 4.4.4 载体运行时遇到障碍的处理
• 4.4.5 输出量超出限制值的处理
• 5 软件的设计实现
• 5.1 软件设计说明
• 5.2 主控模块
• 5.3 运动信息处理模块
• 5.4 载体运动动作控制模块
• 5.4.1 驱动电机的控制
• 5.4.2 动作执行流程
• 5.5 载体位姿计算
• 5.6 载体运行与误差分析
• 5.6.1 载体运行结果
• 5.6.2 误差分析
• 6 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢