论文题目: 六轮腿移动机器人运动分析及控制系统的研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 机械电子工程
作者: 何峰
导师: 王华坤
关键词: 轮腿式移动机器人,越障,同步补偿算法,多机串行通信
文献来源: 南京理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文研究的是一种新型摇臂—转向架式六轮腿智能移动机器人,它具有较强的地形环境适应能力和跨越障碍的能力。文中首先对机器人机构进行了准静态分析,建立了准静态数学模型,然后根据六轮腿移动机器人的运动特性以及环境特性对机器人的影响,研究了机器人运动的协调性及地形适应性,尤其对机器人越障越坡行为作了深入研究,建立了各种越障行为的数学模型,为运动控制器的设计打下理论基础。为实现对这一复杂系统的控制,文中重点展开了六轮腿移动机器人控制技术的研究。首先详细论述了环境感知系统的建模,采用改进的D-S证据组合规则对传感器信息进行融合处理。然后为了实现自主运行的智能化,建立了基于模糊控制的路径规划,并协同机器人的定位系统,设计出一种同步补偿协调运动控制算法,以适应六轮腿移动机器人在非结构化环境下的运行。为满足控制的要求,本文采用以两片SPCE061A单片机和一片89C51单片机为核心的控制系统,重点研究设计了八路超声传感器感知模块和十四台电机驱动模块,对多台电机的同步协调控制的研究作了有效的探索,完成了三片单片机之间的串行通信协议设计,以满足控制系统对通信实时性的要求。本课题研究为六轮腿移动机器人的系统设计和研发,提供了理论依据和技术支持。
论文目录:
1 绪论
1.1 轮腿式移动机器人技术概述
1.1.1 轮腿式移动机器人概述
1.1.2 国内外轮腿式移动机器人的发展概况
1.2 轮腿式智能移动机器人控制技术概述
1.2.1 体系结构
1.2.2 多传感器信息融合技术
1.2.3 导航定位
1.2.4 避障
1.2.5 路径规划
1.3 研究轮腿式移动机器人的背景及意义
1.4 本课题的研究来源以及本论文的主要研究内容
2 六轮腿式移动机器人的结构及数学模型
2.1 机器人的行驶机构
2.1.1 机器人的各种行驶机构简介
2.1.1.1 履带式
2.1.1.2 腿式
2.1.1.3 轮式
2.1.2 本文设计的六轮腿式机器人行驶机构
2.2 六轮腿式移动机器人的数学模型
2.2.1 六轮腿式机器人的准静态分析
2.2.2 六轮腿机器人的运动学建模
2.2.3 六轮腿机器人运动系统的动力学建模
2.3 越障越坡行为的分析
2.3.1 移动载体结构
2.3.2 越障过程的运动学分析
2.3.3 越坡静态稳定性分析
2.3.3.1 上坡
2.3.3.2 下坡
3 六轮腿移动机器人的控制技术
3.1 引言
3.2 环境感知建模
3.2.1 测距技术
3.2.2 超声波测距数据融合
3.2.2.1 超声测距原理
3.2.2.2 D-S证据组合规则
3.2.2.3 传感器模型
3.3 基于模糊控制的路径规划
3.3.1 引言
3.3.2 确定模糊控制器的输入变量和输出变量
3.3.3 输入变量和输出变量的模糊语言描述
3.3.4 建立模糊控制规则
3.3.5 模糊关系矩阵
3.4 定位技术
3.4.1 移动机器人的定位技术
3.4.2 机器人的定位系统
3.5 协调运动控制
3.5.1 运动协调问题的分析
3.5.2 同步协调控制算法
4 六轮腿式移动机器人控制器的硬件设计
4.1 硬件总体设计
4.1.1 引言
4.1.2 控制系统的体系结构
4.1.3 控制系统的硬件总体设计
4.2 CPU的选型
4.2.1 凌阳SPCE061A主要技术特点
4.2.2 SPCE061A最小系统
4.2.3 SPCE061A开发方法
4.3 超声波测距系统
4.3.1 超声波传感器
4.3.2 超声测距系统
4.3.2.1 传感器的安置
4.3.2.2 测距系统结构
4.3.2.3 超声波发送
4.3.2.4 超声波接收
4.3.2.5 时间计测
4.4 电机及其驱动设计
4.4.1 直流电机和直流伺服电机
4.4.1.1 电机简介
4.4.1.2 电机的PWM调速系统
4.4.2 转向装置
4.4.2.1 转向电机
4.4.2.2 转向电机的控制原理以及控制信号的工作方式和特性
4.4.2.3 转向电机的单片机控制系统
4.4.3 驱动装置
4.4.3.1 运动控制芯片LM629
4.4.3.2 PID参数的确定
4.4.3.3 直流伺服系统
5 六轮腿式移动机器人控制系统的软件设计
5.1 软件设计基本思想
5.2 单片机软件设计
5.2.1 1#SPCE061A的程序结构
5.2.1.1 主程序
5.2.1.2 子程序
5.2.2 2#SPCE061A的程序结构
5.2.3 89C51单片机的程序结构
5.3 多单片机基于串行口的通信程序设计
5.3.1 SPCE061A的串口通信原理
5.3.2 89C51的串口通信原理
5.3.3 SPCE061A和89C51的混合串行通信方法
5.3.4 通信程序
6 结论
致谢
参考文献
发布时间: 2005-09-12
参考文献
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