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随着计算机、网络、机械电子、信息、自动化以及人工智能等技术的飞速发展,移动机器人的研究进入了一个崭新的阶段。同时太空资源、海洋资源的开发与利用为移动机器人的发展提供了广阔的空间。本文以DSP(数字信号处理)控制器为核心芯片进行运动轨迹的模糊控制系统的设计,研究了基于DSP的移动机器人运动控制系统的具体实现方案,对系统的硬件结构、控制软件及速度算法进行了分析与设计。
第一、机器人的发展现状和运动控制技术进行了综述,同时介绍了本文的选题背景、主要研究内容和研究意义。
第二、介绍了移动机器人控制系统的组成与行驶机构,在硬件设计中将两台差动电机设计在前两主动轮上,且在主动轮上安装角位移传感器,光电码盘传感器。推导出电动机的传递函数,建立了电动机两轮差动驱动的机器人动力学模型、运动学模型、主、从动轮间的速度关系。
第三、设计了DSP运动控制系统的结构、硬件电路及控制软件。论文中详述了DSP控制器和驱动器的设计,其中包括复位和时钟电路、串行通信接口、电机驱动等。此外,还介绍了软件控制的总体结构与功能模块,并介绍了相应的程序流程图。
第四、针对常规PID算法难以适应移动机器人运动控制系统非线性等特性的不足,引入了一种基于模型参考的模糊自适应控模糊控制。给出小车直线、圆弧和转弯时控制方法,推导出了机器人小车行走中主动轮与行走轨迹的位置模型(x(t),Y(t),θ(t))。建立直线运动的模糊模糊控制,利用Matlab中Simulink建立的机器人模糊控制对模糊控制器和拟合后的曲线轨迹进行了仿真。在避障控制方法中,详细介绍全局路径规划、局部路径规划特点和原理。
通过对机器人小车的运动轨迹的仿真实验和直流电机性能试验,表明该模糊控制是十分理想的,能满足移动机器人运动控制要求。