菱形四轮移动系统的控制系统研究

论文摘要

菱形四轮移动系统是一种新型的摇臂—转向结构的轮腿式移动机器人。由于采用菱形结构使得它具备了很强的地形环境适应能力,跨越垂直障碍能力,原地转向能力,甚至具备有越过宽于轮径壕沟的能力。本文主要研究其控制系统,完成控制系统的硬件设计、软件设计并最终实现移动系统的运动控制。主要工作包括以下方面：根据课题组对移动系统的控制要求,采用人机结合的半自主式控制模式,制定了控制系统的总体设计方案。根据控制系统的总体组成,完成控制系统的硬件电路设计,人机操作界面选用矩阵键盘控制芯片ZLG7290,无线通信模块选用nRF905射频芯片,主控制器选用DSP,而电机控制子板选用带有A/D转换并能产生PWM信号的单片机,根据各芯片对电路系统的实际要求,完成实现其功能的硬件电路设计。根据所选芯片对软件的要求,对控制系统的软件程序进行了设计。根据键盘控制芯片和射频芯片的通信接口要求分别实现微控制器与ZLG7290以及射频芯片的12C总线通信、SPI总线通信。制定了主控制器DSP与电机控制子板之间的CAN通信协议,完成其通信程序的设计。完成了主控制器DSP对移动系统的运动规划,对移动系统的前进、后退、越障、越壕、原地转向等复杂动作进行了程序设计。在电机控制子板上建立以角度传感器为反馈元件的闭环控制系统,完成其软件设计。本论文工作包括运动控制,程序设计分析,硬件实现。最后通过现场大量的实验,根据所获得的实际参数完成了对控制系统的调试过程,最终使得整个移动系统的各项运动功能得以实现,满足了课题组对移动系统运动控制的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 移动机器人概述
• 1.1.1 国外移动机器人发展概况
• 1.1.2 国内移动机器人发展概况
• 1.2 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 研究移动机器人的背景和意义
• 1.4 本论文主要研究工作
• 1.5 本章小结
• 第2章 控制系统硬件设计
• 2.1 控制系统总体方案设计
• 2.2 上位机控制系统硬件设计
• 2.2.1 上位机主控制器选型
• 2.2.2 上位机电源模块电路设计
• 2.2.3 上位机无线模块电路设计
• 2.2.4 遥控键盘电路设计
• 2C总线接口'>2.2.5 I²C总线接口
• 2.3 下位机控制系统硬件设计
• 2.3.1 下位机主控制器选型
• 2.3.2 下位机无线模块电路设计
• 2.3.3 电机控制子板电路设计
• 2.3.4 CAN总线接口
• 2.3.5 角度检测单元
• 2.4 电机及电机驱动器的选型
• 2.5 电源及稳压电路
• 2.6 本章小结
• 第3章 控制系统的软件设计
• 3.1 软件设计基本思想
• 3.2 移动系统控制程序概述
• 2C总线通信'>3.3 I²C总线通信
• 3.4 SPI总线通信
• 3.5 上位机主控制程序设计
• 3.6 下位机无线接受模块程序设计
• 3.7 主控制器DSP接收遥控指令程序
• 3.8 菱形四轮移动系统的运动程序设计
• 3.8.1 越障子程序设计
• 3.8.2 越壕子程序设计
• 3.8.3 原地转向子程序设计
• 3.9 CAN总线通信
• 3.10 电机控制子板程序设计
• 3.10.1 电机控制程序设计
• 3.10.2 角度信号处理程序设计
• 3.11 本章小结
• 第4章 菱形四轮移动系统运动控制的实现
• 4.1 基本运动控制的实现
• 4.2 越障运动的实现
• 4.3 越壕运动的实现
• 4.4 原地转向运动的实现
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文）
• 附录B （TMS320F2812的CAN总线发送C语言程序）
• 附录C （角度信号闭环控制处理函数）