本文關(guān)鍵詞：四輪獨(dú)立驅(qū)動巡視器運(yùn)動控制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：運(yùn)動控制是巡視器完成深空探測任務(wù)的關(guān)鍵,是巡視器穩(wěn)定運(yùn)行、安全到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的可靠保障。為使巡視器在未知地形環(huán)境下具有良好的運(yùn)動控制性能,設(shè)計(jì)了獨(dú)特的巡視器結(jié)構(gòu)以適應(yīng)崎嶇路面狀況,建立巡視器運(yùn)動學(xué)模型并對其牽引控制性能仿真分析,將模糊控制與行為控制相結(jié)合對巡視器自主避障行為研究并在原理樣機(jī)上驗(yàn)證。本文的主要工作如下:首先,為使巡視器有良好的驅(qū)動性能,設(shè)計(jì)四個(gè)輪子都可以獨(dú)立驅(qū)動和轉(zhuǎn)向的四輪巡視器。巡視器采用搖臂—轉(zhuǎn)向架式結(jié)構(gòu),四個(gè)車輪能夠始終和地面接觸,使巡視器具有較強(qiáng)的牽引性能和地面適應(yīng)能力。搭建了基于嵌入式VxWorks系統(tǒng)和CAN總線技術(shù)的分布式控制系統(tǒng)來提高信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性。每個(gè)電機(jī)作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)掛載在CAN總線上,各節(jié)點(diǎn)彼此間相互獨(dú)立。搭建的控制系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好,信息傳輸穩(wěn)定等特點(diǎn),為巡視器的牽引控制和自主運(yùn)動提供基礎(chǔ)。其次,對四輪巡視器建模分析。應(yīng)用D-H方法建立運(yùn)動學(xué)模型,由巡視器運(yùn)動學(xué)模型能夠推導(dǎo)出巡視器在復(fù)雜環(huán)境下的車體位姿關(guān)系及車體速度與各車輪速度間的關(guān)系,為速度協(xié)調(diào)牽引控制和行為控制設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。使用Solid Works和Open Inventor工具完成了巡視器仿真系統(tǒng)平臺的搭建,實(shí)現(xiàn)了巡視器運(yùn)動學(xué)模型與巡視器三維模型的接軌。提出基于逆運(yùn)動學(xué)的速度協(xié)調(diào)的牽引控制方法,通過控制各車輪速度和方向角度,實(shí)現(xiàn)巡視器對期望的速度與角速度的跟蹤控制。在仿真平臺上對所提出方法進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明所設(shè)計(jì)方法正確有效。然后,為提高巡視器在未知環(huán)境下運(yùn)行的穩(wěn)定性,保證巡視器安全運(yùn)行到目標(biāo)位置,將模糊控制理論和行為控制方法相結(jié)合,提出了可加模糊行為系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)巡視器自主行為控制。對巡視器趨向目標(biāo)行為和避障行為進(jìn)行分析設(shè)計(jì),并設(shè)計(jì)權(quán)系數(shù)分配器調(diào)節(jié)子行為權(quán)重系數(shù),將兩種基本行為有效融合以提高巡視器自主運(yùn)行的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)方法正確有效。最后,將避障算法策略移植到原理樣機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明基于模糊行為控制的方法能夠使巡視器在崎嶇路面狀況下具有良好的避障性能,進(jìn)一步驗(yàn)證了避障行為算法的正確性。
【關(guān)鍵詞】：巡視器 運(yùn)動控制 牽引控制 行為控制 避障
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V448.2;TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 研究背景及意義9-11
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 巡視器結(jié)構(gòu)11-14
• 1.2.2 巡視器牽引控制14
• 1.2.3 巡視器自主行為控制14-15
• 1.3 本文主要內(nèi)容15-17
• 1.3.1 本文的研究思路和方法15-16
• 1.3.2 本文的結(jié)構(gòu)安排16-17
• 第2章 巡視器結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)17-29
• 2.1 四輪獨(dú)立驅(qū)動巡視器結(jié)構(gòu)17-21
• 2.1.1 車輪的組成及其工作原理18-20
• 2.1.2 差速機(jī)構(gòu)組成及其工作原理20-21
• 2.2 運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)21-27
• 2.2.1 電機(jī)和編碼器的選型23-24
• 2.2.2 嵌入式Vx Works系統(tǒng)介紹24-25
• 2.2.3 CAN總線介紹25-27
• 2.3 本章小結(jié)27-29
• 第3章 巡視器運(yùn)動學(xué)建模和牽引控制29-53
• 3.1 運(yùn)動學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)29-34
• 3.1.1 機(jī)器人位姿的表示29-30
• 3.1.2 關(guān)節(jié)坐標(biāo)系變換30-32
• 3.1.3 剛體的線速度和角速度32-34
• 3.2 巡視器運(yùn)動學(xué)建模方法34-37
• 3.2.1 機(jī)器人雅可比矩陣34-35
• 3.2.2 Denavit-Hartenberg(D-H)建模35-37
• 3.3 巡視器運(yùn)動學(xué)建模37-42
• 3.3.1 巡視器各坐標(biāo)間的D-H參數(shù)38-41
• 3.3.2 輪-地接觸角估計(jì)41-42
• 3.4 速度協(xié)調(diào)控制42-45
• 3.5 巡視器仿真系統(tǒng)的構(gòu)建45-48
• 3.5.1 三維建模方法45-46
• 3.5.2 仿真系統(tǒng)簡介46-48
• 3.5.3 仿真流程48
• 3.6 仿真驗(yàn)證48-52
• 3.6.1 平地轉(zhuǎn)向49-50
• 3.6.2 攀爬斜坡50-51
• 3.6.3 斜坡轉(zhuǎn)向51-52
• 3.7 本章小結(jié)52-53
• 第4章 巡視器自主行為控制53-69
• 4.1 可加模糊控制53-54
• 4.2 行為控制54-55
• 4.3 可加模糊控制與行為控制結(jié)合55
• 4.4 可加模糊系統(tǒng)模型55-57
• 4.5 可加模糊行為控制系統(tǒng)的行為設(shè)計(jì)57-64
• 4.5.1 巡視器代理體58-59
• 4.5.2 避障行為的設(shè)計(jì)與仿真59-62
• 4.5.3 趨向目標(biāo)行為的設(shè)計(jì)與仿真62-64
• 4.6 行為競爭64-65
• 4.7 行為融合65-68
• 4.7.1 權(quán)重系數(shù)分配器設(shè)計(jì)65-66
• 4.7.2 行為融合仿真實(shí)驗(yàn)66-68
• 4.8 本章小結(jié)68-69
• 第5章 巡視器避障行為實(shí)驗(yàn)與分析69-75
• 5.1 超聲波傳感器69-71
• 5.2 VxWorks下控制程序的編寫71
• 5.3 避障實(shí)驗(yàn)71-73
• 5.4 本章小結(jié)73-75
• 結(jié)論75-77
• 參考文獻(xiàn)77-81
• 附錄81-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文82-83
• 致謝83

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 岳宗玉;邸凱昌;;好奇心號巡視器及其特點(diǎn)分析[J];航天器工程;2012年05期

2 李灝;徐志剛;郭渝萍;王軍義;;月球巡視器吊點(diǎn)張力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2012年04期

3 邸凱昌;張重陽;劉召芹;;一種深空探測巡視器多相機(jī)目標(biāo)交接新方法[J];航天器工程;2013年01期

4 方軼;陶玉龍;汪瑩;;奮戰(zhàn)天地對接——記中國航天科技集團(tuán)公司八院電子所巡視器測控?cái)?shù)傳分系統(tǒng)研制團(tuán)隊(duì)[J];中國航天;2014年01期

5 劉傳凱;王保豐;王鎵;唐歌實(shí);萬文輝;卜彥龍;;嫦娥三號巡視器的慣導(dǎo)與視覺組合定姿定位[J];飛行器測控學(xué)報(bào);2014年03期

6 劉書豪;彭松;;月面巡視器太陽板對日定向規(guī)劃算法[J];航天器工程;2014年03期

7 賈陽;張建利;李群智;申振榮;吳克;彭松;溫博;張香燕;李清毅;;嫦娥三號巡視器遙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];中國科學(xué):技術(shù)科學(xué);2014年05期

8 李清毅;;巡視器對地指向受月表地形的影響分析[J];中國空間科學(xué)技術(shù);2009年06期

9 彭松;賈陽;;月面巡視器的任務(wù)層路徑規(guī)劃[J];航天器工程;2010年05期

10 陳建新;邢琰;滕寶毅;毛曉艷;劉祥;賈永;張晉;王磊;;嫦娥三號巡視器GNC及地面試驗(yàn)技術(shù)[J];中國科學(xué):技術(shù)科學(xué);2014年05期

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李俊晴 劉捷;堅(jiān)持自主創(chuàng)新 提高災(zāi)后搜救效率[N];中國社會科學(xué)報(bào);2011年

2 趙宗祥；毛尚樓;架“高壓線” 鑄“防腐鏈” 設(shè)“探視器”[N];中國醫(yī)藥報(bào);2004年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 毛寧;六輪搖臂巡視器建模仿真及試驗(yàn)研究[D];長春理工大學(xué);2014年

2 陳哲吾;月面巡視器端抱式轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)的力學(xué)特性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D];湖南大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 張濤;基于SA*算法的月面巡視器就位探測任務(wù)規(guī)劃[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

2 張亞琦;四輪獨(dú)立驅(qū)動巡視器運(yùn)動控制研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

3 田小二;基于彈塑性輪土力學(xué)及粘彈性運(yùn)動副的月球車動力學(xué)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：四輪獨(dú)立驅(qū)動巡視器運(yùn)動控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：468101