本文關鍵詞：輪式巡邏機器人運動控制系統(tǒng)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著城市建設速度加快,機場、超級商場、會展中心、物流倉庫、車展、醫(yī)院等大型場所的數量和規(guī)模不斷增加,城市中的大型生活小區(qū)和寫字樓日益增多,人、物流亦更為龐雜,其對保安巡邏自動化的需求日趨迫切[1-3]。目前的保安技術主要以人力巡邏及CCD定位監(jiān)控為主,這兩種方式已不能滿足現有大規(guī)模復雜環(huán)境的保安需求。因此與移動機器人技術相結合,采用保安巡邏機器人進行定時、定點、不間斷流動式的監(jiān)控與巡邏將是更好的解決方案。移動是巡邏機器人的首要功能,運動控制系統(tǒng)的快速性、準確性和可靠性是機器人完成各項任務的前提,研究并優(yōu)化巡邏機器人運動控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。本文主要工作和研究成果如下:①提出了巡邏機器人系統(tǒng)總體設計方案,詳細分析了各個功能模塊;針對現場工況,研究了各類轉向機構優(yōu)缺點,設計了巡邏機器人機械系統(tǒng);根據系統(tǒng)要求,優(yōu)選交流伺服驅動設備,并給出了運動控制系統(tǒng)的基本架構。②按照由底層到上層的順序詳細研究了巡邏機器人系統(tǒng)的運動控制算法,采用PID三環(huán)控制算法驅動伺服電機,保證定位精度的同時兼顧速度和轉矩;優(yōu)選S曲線加減速算法規(guī)劃機器人調速曲線,實現機器人快速、平滑、柔性調速。③針對傳統(tǒng)循跡算法精度低和穩(wěn)定性差等問題,提出一種基于記憶算法的控制策略。通過建立機器人移動底盤運動學模型,分析路徑信息,融合歷史運行參數和當前反饋數據,實現優(yōu)化控制。④以ARM內核的STM32芯片為控制核心,分析并設計了該控制器的外圍電路和系統(tǒng)軟件。硬件設計包括主控電路設計、各類傳感單元設計,CAN通訊接口等;系統(tǒng)軟件設計包括主程序、通訊接口程序、轉向定位程序、加減速算法程序和自動循跡控制程序。⑤搭建實驗平臺,對巡邏機器人各項功能進行測試分析。分別對PID三環(huán)響應和S曲線加減速的算法中的加加速度J值綜合調試校正,分析了巡邏機器人轉向性能和加減速性能。通過循跡實驗,對比分析循跡數據,驗證了基于記憶算法的循跡控制具有高控制精度和容錯性。
【關鍵詞】：巡邏機器人 轉向控制 加減速曲線 循跡算法
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 研究的背景及意義8-10
• 1.1.1 移動機器人技術發(fā)展背景8-9
• 1.1.2 巡邏機器人研究意義9-10
• 1.2 國內外研究發(fā)展現狀10-12
• 1.3 論文主要工作12-13
• 1.4 論文結構安排13-14
• 2 巡邏機器人系統(tǒng)分析與總體設計14-21
• 2.1 系統(tǒng)需求分析14-15
• 2.2 巡邏機器人總體方案15-17
• 2.3 機械系統(tǒng)結構和工作原理17-18
• 2.4 驅動設備選型18-20
• 2.5 運動控制系統(tǒng)架構20
• 2.6 本章小結20-21
• 3 巡邏機器人運動控制方法研究21-29
• 3.1 伺服電機控制方法研究21-22
• 3.2 加減速算法研究22-25
• 3.3 自動循跡方法設計25-28
• 3.3.1 循跡模型建立25-27
• 3.3.2 路徑記憶控制策略27-28
• 3.4 本章小結28-29
• 4 運動控制系統(tǒng)硬件設計29-41
• 4.1 硬件總體方案29-30
• 4.2 主控電路設計30-32
• 4.2.1 主控芯片選型30-31
• 4.2.2 最小系統(tǒng)電路31-32
• 4.3 傳感單元設計32-38
• 4.3.1 位置量和速度量采集單元設計33-35
• 4.3.2 電流采集單元設計35-36
• 4.3.3 電磁傳感器設計36-38
• 4.4 通訊接口電路設計38-40
• 4.5 本章小結40-41
• 5 控制系統(tǒng)軟件設計41-51
• 5.1 主程序設計41-42
• 5.2 通訊接口程序42-45
• 5.2.1 CAN節(jié)點初始化42-43
• 5.2.2 發(fā)送程序設計43-44
• 5.2.3 接收程序設計44-45
• 5.3 轉向定位算法45-47
• 5.3.1 電流環(huán)控制程序設計46-47
• 5.3.2 速度環(huán)和位置環(huán)控制程序47
• 5.4 加減速算法設計47-48
• 5.5 自動循跡軟件設計48-50
• 5.6 本章小結50-51
• 6 系統(tǒng)測試與分析51-63
• 6.1 實驗測試平臺51-52
• 6.2 轉向定位性能測試52-56
• 6.3 加減速曲線測試56-57
• 6.4 自動循跡測試57-61
• 6.5 性能測試總結61-63
• 7 總結及展望63-65
• 致謝65-66
• 參考文獻66-69
• 附錄69
• A．作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文目錄69
• B．作者在攻讀學位期間取得的科研成果目錄69

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本文編號：357275