移动机器人的控制系统研制

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。论文以地面自主行驶小车的避障与路径规划技术为核心,探讨了感知技术、系统结构等地面自主行驶关键技术。论文不仅从理论上研究了自主避障行驶这一课题,还参与设计并架构了三轮智能小车,通过实践证明了论文中环境感知单元、路径规划算法等研究结果的正确性。论文的主要研究内容和成果包括:论文分析研究了智能小车的运动系统模型,给出了小车的理想运动方程,为进一步研究打下了理论基础。论文设计并实现了分段式红外测距传感器;研究了基于这种传感器的机器人感知系统,最终设计并完成了感知单元系统板。实验证明,这种环境感知系统基本满足车辆自主避障行驶的需要。论文着重讨论了机器人的避障路径算法。该算法基于局部动态环境信息,具有较高实时性和自适应性。算法将路径规划分为无障路径规划和避障路径规划两种模式。每种模式均采用了模糊控制方法。论文研究了智能小车的控制系统结构。最后,论文对智能小车在实验室内进行实验,基本正确。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 移动机器人的发展概况
• 1.2 移动机器人技术研究现状与展望
• 1.2.1 移动机器人的分类
• 1.2.2 移动机器人研究的主要技术
• 1.2.3 移动机器人的研究方向
• 1.3 论文选题的意义及研究内容
• 1.3.1 课题研究的意义
• 1.3.2 课题研究的内容及目标
• 1.4 本章小结
• 2 机器人小车结构概述
• 2.1 小车结构
• 2.1.1 方案选择
• 2.1.2 详细方案
• 2.2 车体参数说明
• 2.3 本章小结
• 3 路径规划
• 3.1 路径规划研究现状
• 3.2 路径规划总体设计
• 3.3 避障路径规划
• 3.3.1 模糊推理控制方式基本原理
• 3.3.2 避障路径规划模糊控制算法
• 3.4 无障路径规划
• 3.4.1 模糊PID 控制原理
• 3.4.2 无障路径规划模糊PID 控制器设计
• 3.5 本章小结
• 4 轮式移动机器人的系统模型
• 4.1 非完整系统与可控性
• 4.1.1 非完整约束与非完整系统
• 4.1.2 非完整系统的可控性
• 4.1.3 非完整系统与链式系统的转换
• 4.2 本文中的机器人运动学模型
• 4.3 本章小结
• 5 控制系统架构
• 5.1 智能小车系统分析
• 5.1.1 小车系统任务
• 5.1.2 小车系统组成
• 5.2 智能小车控制系统设计
• 5.3 小车的硬件系统介绍
• 5.4 小车控制系统软件设计
• 5.5 机器人小车的避障实验
• 5.6 本章小结
• 6 结论
• 6.1 论文成果小结
• 6.2 未来展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录