自主移动机器人运动控制研究

论文摘要

移动机器人是一种能够通过传感器感知外界环境和自身状态,实现在有障碍物的环境中面向目标的自主运动,从而完成一定作业功能的机器人系统。运动控制系统是移动机器人的重要组成部分。本文在前人工作的基础上,对轮式移动机器人运动控制系统进行了进一步的研究。本文综述了移动机器人的发展概况、研究内容和发展趋势,介绍了自行研制的移动机器人的体系结构、系统构成和性能指标。在原运动控制系统控制电路、驱动电路、光电隔离、速度传感器设计的基础上,进行了系统电源的设计,完成了运动控制系统的脉宽调制(PWM)控制、转速测量和与上位机的串口通信的程序设计。为了改善对直流电机的控制效果,研究了直流电机的数学模型,设计了PID控制器,并在MATLAB环境中进行了仿真分析。进行了移动机器人的直线、旋转和圆弧运动控制的试验,取得了较好的效果,实现了对移动机器人的运动控制。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 移动机器人的发展概况
• 1.2 研究内容及发展趋势
• 1.3 课题背景和主要研究工作
• 第2章 SY1012 机器人体系结构研究
• 2.1 SY1012 的系统体系结构
• 2.2 系统构成
• 2.2.1 控制系统
• 2.2.2 移动机构
• 2.2.3 感知系统
• 2.3 性能指标
• 第3章 运动控制系统设计
• 3.1 硬件设计
• 3.1.1 TMS320F2812 控制器
• 3.1.2 驱动电路
• 3.1.3 信号隔离电路
• 3.1.4 光电编码器及接口电路
• 3.2 电源系统设计
• 3.3 软件设计
• 3.3.1 PWM 控制
• 3.3.2 转速测量
• 3.3.3 串行通讯
• 3.4 本章小结
• 第4章 PID 控制
• 4.1 直流电机的数学模型
• 4.1.1 直流伺服机构
• 4.1.2 数学模型推导
• 4.2 PID 控制
• 4.2.1 PID 算法
• 4.2.2 PID 控制器设计及仿真
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验
• 5.1 直线运动
• 5.2 旋转运动
• 5.3 圆弧运动
• 5.4 误差分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历