机器人云台随动控制系统的研究与实现

论文摘要

在清华大学室外智能移动机器人的临场感遥控系统中,移动指挥站(MCS)使用定向天线接收移动机器人站(MRS)双面摄像机得到的图像信息。但是移动机器人站和指挥站可能都处于不断的运动中,两者的位置和角度随时可能发生变动,如果移动指挥站上的图像定向天线不能对准移动机器人站,就会造成移动指挥站接收到的图像数据模糊失真或图像丢失,影响临场感遥控系统的可操作性。本文以清华大学室外智能移动机器人的临场感遥控系统为应用背景,研究开发了一套响应快、精度高、成本低、功耗小的基于嵌入式的天线云台随动控制系统。该系统可以有效抵消移动机器人站和指挥站的运动带来的干扰,使得移动指挥站的定向天线能够自动对准移动机器人站,有效的提高了图像无线传输的可靠性和抗干扰性。本文结合项目实际需求,对室外智能移动机器人中的天线云台随动控制系统的总体方案进行了深入的研究。根据总体方案,设计开发完成了测量控制模板。测量控制模板主要包括以下模块：微处理器系统、电源系统、参考电压系统、上电复位系统、8位数字量输入系统、D/A转换系统、A/D转换系统、串口扩展与通信系统、CAN总线通信系统。完成了对各个传感器如GPS、电子罗盘、绝对光码盘的数据采集,以及对电机驱动器控制信号与输出信号的控制。通过模板D/A转换功能外接功率放大器,驱动天线云台的电机,并以光码盘测得的图像天线的位置作为反馈量,实现了一个闭环负反馈控制系统。本文研究开发的室外智能移动机器人天线云台随动控制系统基本达到预期设计要求,并成功应用于清华大学室外智能移动机器人的临场感遥控系统中,为室外智能移动机器人的临场感遥控技术的进一步研究和发展提供了一定的借鉴和参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 移动机器人临场感遥控系统
• 1.4 课题研究主要内容和成果
• 第二章 系统关键技术和总体设计方案
• 2.1 系统的关键技术
• 2.2 系统的结构和组成
• 2.3 系统的控制原理分析
• 2.4 系统的解决方案
• 2.5 本章小节
• 第三章 系统硬件平台的设计与实现
• 3.1 控制系统硬件总体结构
• 3.2 控制系统硬件的设计与实现
• 3.2.1 微处理器选型及其上电复位电路设计
• 3.2.2 电源系统设计
• 3.2.3 8位数字量输入模块设计
• 3.2.4 D/A转换模块设计
• 3.2.5 串口扩展模块设计
• 3.2.6 通信模块设计
• 3.3 系统硬件开发设计中的注意事项
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统的软件设计与实现
• 4.1 系统软件开发平台
• 4.2 系统软件总体结构
• 4.3 下位机系统软件设计
• 4.3.1 下位机主程序及其中断
• 4.3.2 下位机传感器信号采集
• 4.3.3 系统目标航向角计算
• 4.3.4 下位机CAN总线通信程序
• 4.4 上位机系统软件设计
• 4.4.1 上位机主程序
• 4.4.2 上位机中断入口程序
• 4.4.3 上位机CAN总线通信程序
• 4.5 系统软件开发设计中的注意事项
• 4.6 本章小结
• 第五章 系统性能测试与分析
• 5.1 云台控制单元测试
• 5.1.1 云台航向角测量
• 5.1.2 云台控制动态性能测试
• 5.2 CAN总线通信测试
• 5.2.1 实验室环境测试
• 5.2.2 车载环境测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢