足球机器人控制系统与无线通信系统研究

论文摘要

本文对足球机器人控制系统与无线通信系统进行研究及设计,并成功运用于FIRA半自主机器人足球赛。首先,建立机器人的运动学模型,奠定控制理论基础;建立直流电机的数学模型并仿真,完成控制算法的参数整定及采样周期确定;对机器人控制系统进行分析,建立它的总体设计方案;重点设计了控制系统的各个子模块,给出了硬件电路图以及控制算法流程。其次,对足球机器人的无线通信系统进行设计。对该系统的通信机理进行分析,设计了基于突发模式的无线通信程序;给出了整个通信系统的硬件电路图以及通信算法流程;针对传统拨码开关费时、可靠性差等缺点,设计了通信拨号软件及下位机车号显示模块,实现了调试、拨号过程简单化。最后,制作出两大系统电路板,试验结果和比赛均验证了该系统的可靠性。其中,硬件电路在protel DXP下实现,软件在Silicon Laboratories IDE环境下用PL/M语言实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 机器人足球简介
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 关键技术
• 1.4 课题来源、意义及主要研究内容
• 1.4.1 课题来源及意义
• 1.4.2 课题的主要研究内容及创新点
• 第二章 FIRA半自主足球机器人比赛系统
• 2.1 引言
• 2.2 比赛简介
• 2.3 系统组成
• 2.3.1 视觉子系统
• 2.3.2 决策子系统
• 2.3.3 无线通信子系统
• 2.3.4 机器人小车子系统
• 2.4 本章小结
• 第三章 足球机器人控制系统硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 足球机器人运动学分析
• 3.2.1 WMR移动机构
• 3.2.2 双轮机器人运动学方程
• 3.3 控制电路硬件设计
• 3.3.1 控制系统设计方案
• 3.3.2 控制电路结构及工作过程
• 3.3.3 C8051F单片机简介
• 3.3.4 时钟电路设计
• 3.3.5 电源模块设计
• 3.3.6 电机驱动模块设计
• 3.3.7 测速鉴相单元设计
• 3.3.8 JTAG接口电路设计
• 3.3.9 车号显示模块设计
• 第四章 足球机器人控制系统软件设计
• 4.1 Silicon Laboratories IDE集成开发环境简介
• 4.2 底层控制软件设计思想
• 4.3 数字 PID控制
• 4.3.1 建立电机数学模型
• 4.3.2 PID参数整定
• 4.3.3 采样周期确定
• 4.3.4 积分分离增量式 PID控制
• 4.4 PWM输出模块设计
• 4.5 反馈模块设计
• 4.5.1 光电编码盘组成及工作原理
• 4.5.2 测速与鉴相模块设计
• 4.6 其它子模块设计
• 4.6.1 初始化模块设计
• 4.6.2 定时器模块设计
• 4.6.3 看门狗模块设计
• 4.6.4 车号显示模块设计
• 第五章 足球机器人无线通信系统研究与设计
• 5.1 引言
• 5.2 足球机器人无线通信机理
• 5.3 无线通信系统硬件设计
• 5.3.1 基于nRF2401A的无线通信模块
• 5.3.2 无线发射模块硬件设计
• 5.3.3 无线接收模块硬件设计
• 5.3.4 无线通信模块电源设计
• 5.4 无线通信模块软件设计
• 5.4.1 发射模块软件设计
• 5.4.2 接收模块软件设计
• 5.4.3 配置状态字
• 5.4.4 Shock burst模式
• 5.4.5 通信协议设置
• 5.5 通信拨号软件设计
• 第六章 电路板制作、调试与性能测试
• 6.1 系统抗干扰措施
• 6.1.1 硬件方面采取的抗干扰措施
• 6.1.2 软件方面采取的抗干扰措施
• 6.2 PCB设计及其电路板制作
• 6.2.1 PCB设计
• 6.2.2 电路板制作
• 6.3 系统调试
• 6.4 机器人性能测试
• 6.4.1 机器人控制模块性能测试
• 6.4.2 机器人通信模块性能测试
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 未来展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究生阶段工作总结
• 一、发表的学术论文
• 二、所获奖励与荣誉
• 三、参加的国内比赛