轮式巡逻机器人运动控制系统研究

发布时间：2017-05-11 13:02

  本文关键词：轮式巡逻机器人运动控制系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着城市建设速度加快,机场、超级商场、会展中心、物流仓库、车展、医院等大型场所的数量和规模不断增加,城市中的大型生活小区和写字楼日益增多,人、物流亦更为庞杂,其对保安巡逻自动化的需求日趋迫切[1-3]。目前的保安技术主要以人力巡逻及CCD定位监控为主,这两种方式已不能满足现有大规模复杂环境的保安需求。因此与移动机器人技术相结合,采用保安巡逻机器人进行定时、定点、不间断流动式的监控与巡逻将是更好的解决方案。移动是巡逻机器人的首要功能,运动控制系统的快速性、准确性和可靠性是机器人完成各项任务的前提,研究并优化巡逻机器人运动控制系统具有十分重要的意义。本文主要工作和研究成果如下:①提出了巡逻机器人系统总体设计方案,详细分析了各个功能模块;针对现场工况,研究了各类转向机构优缺点,设计了巡逻机器人机械系统;根据系统要求,优选交流伺服驱动设备,并给出了运动控制系统的基本架构。②按照由底层到上层的顺序详细研究了巡逻机器人系统的运动控制算法,采用PID三环控制算法驱动伺服电机,保证定位精度的同时兼顾速度和转矩;优选S曲线加减速算法规划机器人调速曲线,实现机器人快速、平滑、柔性调速。③针对传统循迹算法精度低和稳定性差等问题,提出一种基于记忆算法的控制策略。通过建立机器人移动底盘运动学模型,分析路径信息,融合历史运行参数和当前反馈数据,实现优化控制。④以ARM内核的STM32芯片为控制核心,分析并设计了该控制器的外围电路和系统软件。硬件设计包括主控电路设计、各类传感单元设计,CAN通讯接口等;系统软件设计包括主程序、通讯接口程序、转向定位程序、加减速算法程序和自动循迹控制程序。⑤搭建实验平台,对巡逻机器人各项功能进行测试分析。分别对PID三环响应和S曲线加减速的算法中的加加速度J值综合调试校正,分析了巡逻机器人转向性能和加减速性能。通过循迹实验,对比分析循迹数据,验证了基于记忆算法的循迹控制具有高控制精度和容错性。
【关键词】：巡逻机器人 转向控制 加减速曲线 循迹算法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究的背景及意义8-10
• 1.1.1 移动机器人技术发展背景8-9
• 1.1.2 巡逻机器人研究意义9-10
• 1.2 国内外研究发展现状10-12
• 1.3 论文主要工作12-13
• 1.4 论文结构安排13-14
• 2 巡逻机器人系统分析与总体设计14-21
• 2.1 系统需求分析14-15
• 2.2 巡逻机器人总体方案15-17
• 2.3 机械系统结构和工作原理17-18
• 2.4 驱动设备选型18-20
• 2.5 运动控制系统架构20
• 2.6 本章小结20-21
• 3 巡逻机器人运动控制方法研究21-29
• 3.1 伺服电机控制方法研究21-22
• 3.2 加减速算法研究22-25
• 3.3 自动循迹方法设计25-28
• 3.3.1 循迹模型建立25-27
• 3.3.2 路径记忆控制策略27-28
• 3.4 本章小结28-29
• 4 运动控制系统硬件设计29-41
• 4.1 硬件总体方案29-30
• 4.2 主控电路设计30-32
• 4.2.1 主控芯片选型30-31
• 4.2.2 最小系统电路31-32
• 4.3 传感单元设计32-38
• 4.3.1 位置量和速度量采集单元设计33-35
• 4.3.2 电流采集单元设计35-36
• 4.3.3 电磁传感器设计36-38
• 4.4 通讯接口电路设计38-40
• 4.5 本章小结40-41
• 5 控制系统软件设计41-51
• 5.1 主程序设计41-42
• 5.2 通讯接口程序42-45
• 5.2.1 CAN节点初始化42-43
• 5.2.2 发送程序设计43-44
• 5.2.3 接收程序设计44-45
• 5.3 转向定位算法45-47
• 5.3.1 电流环控制程序设计46-47
• 5.3.2 速度环和位置环控制程序47
• 5.4 加减速算法设计47-48
• 5.5 自动循迹软件设计48-50
• 5.6 本章小结50-51
• 6 系统测试与分析51-63
• 6.1 实验测试平台51-52
• 6.2 转向定位性能测试52-56
• 6.3 加减速曲线测试56-57
• 6.4 自动循迹测试57-61
• 6.5 性能测试总结61-63
• 7 总结及展望63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 附录69
• A．作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录69
• B．作者在攻读学位期间取得的科研成果目录69

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本文编号：357275