基于嵌入式技术的移动机器人遥控系统设计

论文摘要

军用微小型地面移动机器人(MPRS)是地面无人作战系统的一个重要部分,在未来作战体系中具有重要的作用。遥控是MPRS导航控制的一种重要方式。传统的主从遥控技术难以满足MPRS在复杂战场环境中执行多种作战任务的需求。本文面向MPRS应用,对具有远距离操控、多种遥控模式相结合、高度便携性特点的遥控系统展开研究,对促进MPRS走向实用将具有重要意义。本文首先面向军用微小型地面机器人的应用背景,对遥控系统进行了需求分析,设计了一种分布式遥控系统总体结构。该系统包括遥控终端和信息处理系统两个部分,支持主从遥控和监控相结合的混合遥控模式,遥控终端采用嵌入式技术设计。针对监控,本文研究并实现了一种基于路径关键点规划的遥控方法,给出了基于分段大地平面模型的路径关键点规划算法,并解决了路径关键点规划过程中的前向映射、逆向映射,以及行驶路线的生成与动态修正问题,对系统控制误差进行了理论分析。本文利用嵌入式技术构建了遥控终端,通过无线局域网实现了遥控终端与信息处理系统间的通信。在室内模拟试验场地,采用主从遥控方式对月面巡视探测原理样车实施控制;采用监控方式对Pioneer3 AT型机器人实施控制,取得了良好的实验效果。实验结果表明,采用基于路径关键点规划的监控,路径跟踪误差可控制在合理范围内。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 微小型地面机器人的研究现状
• 1.3 遥控系统的研究现状
• 1.4 嵌入式系统的发展和构成
• 1.4.1 嵌入式系统的发展
• 1.4.2 嵌入式系统的构成
• 1.5 论文的组织结构和主要贡献
• 1.5.1 本文的主要内容及组织结构
• 1.5.2 论文的主要成果和贡献
• 第二章 嵌入式遥控系统的设计与实现
• 2.1 遥控系统的需求分析
• 2.2 遥控系统的总体结构设计
• 2.2.1 遥控系统的功能结构设计
• 2.2.2 遥控系统的接口设计
• 2.2.3 遥控系统的运行设计
• 2.3 嵌入式遥控系统软硬件实现
• 2.3.1 嵌入式系统开发流程
• 2.3.2 嵌入式遥控终端的硬件实现
• 2.3.3 嵌入式遥控终端的软件实现
• 2.3.4 遥控终端以外的系统软硬件实现
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于路径关键点的遥控技术研究
• 3.1 路径关键点规划算法
• 3.1.1 坐标系的定义
• 3.1.2 路径关键点的前向映射
• 3.1.3 路径关键点的逆向映射
• 3.2 行驶路线的生成和修正
• 3.2.1 行驶路线的生成
• 3.2.2 行驶路线的修正
• 3.3 路径关键点遥控的误差分析
• 3.3.1 摄像机摆放位置带来的误差
• 3.3.2 图像物理坐标系上点的偏移带来的误差
• 3.3.3 地形变化带来的误差
• 3.3.4 综合误差分析
• 第四章 遥控系统的实验及分析
• 4.1 监控方式的实车实验
• 4.1.1 监控方式的实验平台
• 4.1.2 不同大地平面模型的对比实验
• 4.1.3 监控方式的验证实验
• 4.2 主从遥控的实车实验
• 4.2.1 主从遥控的实验平台
• 4.2.2 主从遥控的验证实验
• 4.3 本章小结
• 第五章 论文总结与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文