智能移动机器人控制系统研究

论文摘要

智能移动机器人作为第三代机器人技术,已成为机械学、电子学、计算机技术、人工智能等学科的典型载体。随着信息时代的来临和第三产业的蓬勃发展,高级形态的智能机器人从工业领域日益渗透到人们的日常生活中,并在工业制造、军事、科研、服务、娱乐等各领域彰显实力,具有着重大的军事和民用价值,其发展前途不可限量。本文通过对现有机器人技术的研究与总结,在参考了现有模型的基础上设计了满足实验和实际工作要求的智能移动机器人系统方案,并搭建了一个以视觉反馈为导航方式的机器人控制系统。其中,提出了PC主机、主机发送端、机器人本体执行端三层C/S通讯模式。该模式实现了系统功能的模块化分解,提高了系统的灵活性。本文以爱尔曼转向方式的常规四轮车式作为机器人的机械平台,并以TI公司16位FLASH型MSP430F149单片机为核心开发了一套嵌入式控制器系统,以低成本、低功耗运动控制为例,在建立了相应的运动学模型上给出了结合视觉反馈的机器人实时运动控制框架。论文完成了机器人机构设计、视觉导航系统、运动执行系统、通信系统的功能设计和模块化实现,并着重介绍了嵌入式控制系统的软硬件系统设计结构。解决了机器人在技术、成本以及普及方面的问题。在软硬件系统的基础上,本文提出了基于图像分割的实时处理算法,并结合机器人本体控制模型的进行实时控制和道路导航。初步实验证明,该模型满足了嵌入式控制系统的功能要求和时间要求,算法简单、高效,并实现了该系统的非完整性约束的控制。最后,本文对智能移动机器人控制系统的开发作了研究总结和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 智能移动机器人发展现状
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.2.3 移动机器人关键技术发展现状
• 1.3 课题工作
• 1.4 论文章节组织
• 第二章 FAVIR430 智能移动机器人系统机构设计及系统分析
• 2.1 机器人系统分析与框架设计
• 2.1.1 系统功能分析
• 2.1.2 框架设计
• 2.2 智能移动机器人的运动学建模与机构设计
• 2.2.1 常规轮式移动机器人运动学与动力学建模
• 2.2.2 FAVIR430 智能机器人系统的机构设计
• 2.2.3 机器人机械结构实现
• 2.3 机器人控制器设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 FAVIR430 智能移动机器人控制系统硬件设计
• 3.1 MSP430 单片机简介
• 3.2 下位机硬件电路设计
• 3.2.1 下位机电路框架
• 3.2.2 运动控制电路设计
• 3.2.3 无线通讯电路设计
• 3.2.4 支持三路输出的电源模块设计
• 3.2.5 复位保护模块设计
• 3.2.6 串口通讯模块设计
• 3.2.7 A/D 模拟采集接口模块设计
• 3.2.8 扩展EEPROM 模块设计
• 3.2.9 蜂鸣器模块设计
• 3.3 电脑端遥控器电路设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 FAVIR430 智能移动机器人控制系统软件设计
• 4.1 软件系统构架
• 4.2 无线通讯程序
• 4.3 主机智能决策程序
• 4.3.1 主机程序框架图
• 4.3.2 主机程序类图
• 4.3.3 主机程序主要类详细设计
• 4.4 机器人下位机执行程序
• 4.5 遥控器端执行程序
• 4.6 本章小结
• 第五章 FAVIR430 智能移动机器人视觉导航及实时控制
• 5.1 视觉导航研究现状
• 5.2 目标检测
• 5.2.1 图像采集
• 5.2.2 图像预处理
• 5.2.3 图像分割
• 5.2.4 图像识别
• 5.3 控制策略
• 5.4 系统测试与运行效果
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 研究总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间获得的学术成果
• 附录