基于单片机的差速驱动导引小车运动控制

论文摘要

自动导引车(AGV)是轮式移动机器人技术的典型应用,它能够承载货物,实现无人操作自主导引运行,是自动化物流运输系统和柔性生产系统的关键组成设备。随着技术的不断发展,自动导引车的应用领域迅速扩大。小型自动导引车的智能运动控制是当前导引车研究领域的一个热点,对其进行深入的研究具有重要的理论和实际意义。本文在分析自动导引车运动机构、硬件组成以及控制特性的基础上,采用光学导引方式,以单片机为控制核心开发了一个差速驱动导引小车试验平台,采用PID方式实现路径导引的位置闭环控制。通过运行测试,小车实现了差速转向、路径导引、定位和搜索等功能,取得了良好的运动控制效果,达到了预期目标,为进一步研究工作的开展提供了软硬件平台。论文完成的主要工作包括以下几个方面：(1)分析了自动导引车的关键技术,深入研究了差速驱动转向机构的运动学特性。(2)开发了系统硬件电路和控制软件。硬件电路部分的工作主要包括主控单元、传感单元、电机驱动单元以及电源单元的硬件设计；控制软件部分的工作主要包括各个单元功能和运动控制的软件实现。(3)在运动控制方面,论述了路径识别、定位、搜索等功能的控制原理及算法。针对自动导引车的运动特性,将改进的分段积分分离PID算法应用到运动控制当中。(4)搭建小车试验平台,进行运动控制试验。对小车的导引速度、纠偏能力以及路径搜索、避障等功能的实际运行效果进行测试,并对试验结果进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外发展现状及趋势
• 1.2.1 国内外发展历史及现状
• 1.2.2 自动导引车的发展趋势
• 1.3 自动导引车的关键技术
• 1.4 论文的研究目的和主要内容
• 2 导引小车总体方案设计
• 2.1 自动导引车的运动机构分析
• 2.2 差速驱动转向的运动学分析
• 2.3 导引方式划分及技术分析
• 2.4 开发方案和技术指标
• 2.5 本章小结
• 3 控制系统硬件开发
• 3.1 MCU主控单元
• 3.1.1 AVR微控制器概述
• 3.1.2 ATmega168处理器介绍
• 3.1.3 单片机复位和时钟电路
• 3.2 电机驱动单元
• 3.3 传感单元
• 3.3.1 巡线传感电路
• 3.3.2 避障传感器
• 3.4 电源单元
• 3.5 操作指示单元
• 3.6 扩展单元
• 3.7 本章小结
• 4 系统功能及运动控制的软件实现
• 4.1 直流电机PWM调速控制
• 4.1.1 PWM电机控制原理
• 4.1.2 PWM控制输出
• 4.2 传感信号处理
• 4.2.1 巡线传感
• 4.2.2 避障传感
• 4.3 电源监测
• 4.4 导引运动控制
• 4.4.1 路径导引基础控制算法
• 4.4.2 PID控制原理与分析
• 4.4.3 巡线导引的PID控制
• 4.4.4 导引与避障协同控制
• 4.5 路径搜索控制
• 4.5.1 定位和转向控制
• 4.5.2 路径简化控制
• 4.6 本章小结
• 5 试验运行及分析
• 5.1 巡线导引试验
• 5.1.1 运行速度测试
• 5.1.2 纠偏性能测试
• 5.1.3 导引避障测试
• 5.2 路径搜索试验
• 5.3 试验总结
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文