搜索机器人运动控制系统研究与设计

论文摘要

搜索机器人是目前机器人研究领域中的重点项目。针对搜索机器人,本文提出了运动控制系统的方案并进行了系统软硬件研发。搜索机器人运动控制系统的硬件部分包括上位机模块和运动模块。搜索机器人的运动模块采用四轮车式平台,在对运动模块进行运动学建模的基础上,通过引入艾克曼约束确定了四轮运动平台的运动学方程。上位机模块与运动模块互相通信、共同作用,实现上位机操控下的运动模块运动。上位机承担了大量的数据运算及无线通信任务,本文选用功能强大的单板计算机。运动模块的核心是加强型单片机,能够按照上位机的指令进行直行、转弯等运动,同时,运动模块的速度传感器对机器人控制电机的实时转速进行检测,通过与上位机速度脉冲的比较来调整运动平台的运动情况。搜索机器人运动控制系统的软件部分同样采用模块化设计。上位机软件采用C++语言编写,根据操作者的思路将运动指令转化成相应的速度脉冲,并通过串口通信方式发送至运动模块。运动模块软件主要完成对直流电机转速的调整,对速度比较器等外围元器件的控制。研究表明,本文开发的搜索机器人运动控制系统,结构合理、操作简单,能够较好的实现搜索机器人精确运动的目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 搜索机器人研究现状和发展趋势
• 1.2.1 搜索机器人运动结构研究现状
• 1.2.2 搜索机器人运动控制技术发展现状和趋势
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 搜索机器人运动控制方案
• 2.1 搜索机器人运动平台设计
• 2.2 搜索机器人运动控制方式
• 2.3 搜索机器人运动学方程
• 2.3.1 搜索机器人的运动学建模
• 2.3.2 艾克曼约束的机器人运动模型
• 2.3.3 仿真实验
• 2.4 本章小结
• 3 搜索机器人运动控制系统硬件设计
• 3.1 搜索机器人运动控制系统硬件总体设计
• 3.2 搜索机器人上位机硬件设计
• 3.2.1 上位机单板计算机选择
• 3.2.2 串口通信技术
• 3.3 搜索机器人运动模块硬件设计
• 3.3.1 运动模块芯片选择
• 3.3.2 电机和驱动器的选择
• 3.3.3 搜索机器人运动模块设计框图
• 3.3.4 8253定时/计数器
• 3.3.5 X9221W电位器
• 3.3.6 测量电机转速
• 3.3.7 驱动能力
• 3.4 搜索机器人抗干扰方案
• 3.4.1 硬件抗干扰
• 3.4.2 软件抗干扰
• 3.5 本章小结
• 4 搜索机器人运动控制系统软件设计
• 4.1 搜索机器人运动控制系统软件整体设计
• 4.2 搜索机器人上位机软件设计
• 4.2.1 运动方向数据处理
• 4.2.2 上下位机串口通信
• 4.2.3 读写串口操作
• 4.3 搜索机器人运动模块软件设计
• 4.3.1 运动模块软件流程图
• 4.3.2 运动模块具体程序
• 4.4 本章小结
• 5 系统测试
• 5.1 各功能部分调试
• 5.1.1 控制器调试
• 5.1.2 电源模块调试
• 5.1.3 电机驱动模块调试
• 5.1.4 传感器调试
• 5.2 运动情况测试
• 5.2.1 直行运动测试
• 5.2.2 转弯运动测试
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献