基于DSP的多功能智能机器小车的研究

论文摘要

机器人是机电一体化技术相结合的产物,是计算机科学、控制理论、机构学、信息科学和传感技术等多学科综合性高科技产物,它是一种仿人操作、高速运行、重复操作和精度较高的自动化设备。机器人技术综合了精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动技术、传感与信息处理、人工智能与仿生学等多种学科的最新研究成果,是一门跨学科的综合性技术。机器人技术的出现和发展,不但使传统的工业生产和科学研究发生根本性的变化,而且将对人类的社会生活产生深远的影响。本文将重点研究基于DSP的智能机器人的运动控制,路经规划,避障功能,以及检测系统的研究。首先,我们通过对机器人的运动特性进行分析来选择使用直流无刷电机作为小车的动力系统,针对直流无刷电机的运动特点,我们选用TI的TMS320LF2407作为主控芯片,通过DSP的两个EV(管理事件)模块,输出PWM波形来控制三相全控驱动桥电路的开关管,来控制电机的转速,并利用霍尔传感器采集的信息作为位置反馈量,利用桥电路和地之间的电阻作为廉价电流传感器来检测电流,作为电流反馈量,实现双闭环控制策略。通过加载一个温湿度检测子系统,这样可以使得小车可以实时采集所处环境的温度和湿度。该子系统我们以单片机作为处理器,用RF12作为通信模块,将所采集的温湿度传送到上位机。利用蚁群算法实现路径规划,并在此基础上实现避障功能,避障功能模块我们采用多超声波传感器来实现,建立运动模型,通过多超声波传感器的特点制定避障策略,并通过DSP作为处理器来实现该功能。研究表明,作为多网络传感器的一个节点,智能机器小车可以实现巡检的功能,能在指定的环境中,进行规划路径,实现避障和很好地控制小车的速度,能准确测得所在环境的温湿度,并传送至上位机。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题主要任务
• 第二章 机器小车的系统结构介绍
• 2.1 车体机械结构
• 2.2 电机的选择
• 2.3 控制器的选择
• 2.4 机器小车的电气结构
• 2.5 本章小结
• 第三章 机器小车的车体运动控制系统的硬件设计
• 3.1 直流无刷电机的工作原理和调速方法
• 3.1.1 直流无刷电机的工作原理和数学模型
• 3.1.2 机器小车的驱动控制策略
• 3.2 控制系统的硬件设计
• 3.2.1 主控芯片TMS320LF2407 介绍
• 3.2.2 硬件电路设计
• 3.3 试验结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统软件实现
• 4.1 软件模块设计
• 4.1.1 系统配置与中断
• 4.1.2 I/O 端口配置
• 4.1.3 A/D 转换器设置
• 4.2 电流检测和计算
• 4.3 位置检测和速度计算
• 4.4 上位机监控界面
• 4.5 本章小结
• 第五章 车载温湿度检测系统
• 5.1 系统硬件设计
• 5.2 系统软件设计
• 5.2.1 温湿度测量部分软件设计
• 5.2.2 显示部分软件设计
• 5.3 通信模块
• 5.3.1 通信模块 RFM12 的原理介绍
• 5.3.2 无线收发模块的设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 机器人路径规划与避障研究
• 6.1 路径规划研究
• 6.1.1 现有模型和算法
• 6.1.2 蚁群算法在路径规划中的应用
• 6.2 避障研究
• 6.2.1 机器小车的运动模型
• 6.2.2 机器小车安全距离的选取
• 6.2.3 超声波传感器在机器小车避障中的应用
• 6.3 上位机通信
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文