基于CAN总线的月球车控制系统研究

论文摘要

月球车是用于探测月面复杂环境的移动机器人,月球车的研究工作涉及诸如人工智能、自动控制、机构学、信息技术和计算机技术等多个技术领域。控制系统是月球车的基础和关键,其性能的优劣、工作的稳定性和可靠性将直接影响探月任务的成败。本文围绕实验室自行设计的月球车的运动机构、数据通讯方式和多传感器系统,对月球车的数据通讯系统、数据采集与融合系统、遥操作和自主功能进行了研究。通过对月球车机械结构和运动学的分析,建立了三维的六轮摇臂一转向架式月球车实体模型,并借助软件对其各种运动方式进行了仿真实验。针对CAN总线的网络构成及需要实现的功能,分别进行了通讯协议设定和各节点接口的软件与硬件设计。通过分析无线模块通讯的功能要求,设计了无线通讯的具体协议。为了满足在月球表面探测的要求,设计了多传感器数据采集模块,通过对多传感器的类型和需实现功能的分析,对不同类型的传感器的软硬件接口进行了详细设计。分析了数据采集在月球车上的应用。设计了月球车遥操作的上位机和下位机软件,通过实验与调试,通过遥操作可以很好地实现部分的运动控制。提出了基于基本模型的路径规划和自主功能的几种方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题背景及意义
• 1.3 国内外的研究概况
• 1.3.1 国外研究现况分析
• 1.3.2 国内研究现况分析
• 1.4 本文的研究内容及安排
• 第二章 月球车运动系统概述
• 2.1 引言
• 2.2 月球车的机械结构
• 2.3 车身运动学分析
• 2.4 运动控制系统设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 数据通讯系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 CAN总线通讯
• 2.2.1 CAN总线概述
• 3.2.2 总线网络构成及功能
• 3.2.3 通讯协议设定
• 3.2.4 各节点接口设计
• 3.2.5 分布式控制基础
• 3.3 无线通讯模块
• 3.3.1 无线网络的构成及功能
• 3.3.2 无线通讯协议制定
• 3.4 网络延时的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 数据采集与融合系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 数据采集模块
• 4.2.1 多传感器子系统的构成
• 4.2.2 多传感器的选型和功能
• 4.2.3 传感器接口设计
• 4.3 数据融合模块
• 4.3.1 数据融合的定义和特点
• 4.3.2 数据融合的处理模型和结构
• 4.3.3 传感器相关性和融合方法
• 4.4 本章小结
• 第五章 遥操作与车身自主功能
• 5.1 引言
• 5.2 遥操作
• 5.2.1 遥操作的通讯
• 5.2.2 遥操作软件设计
• 5.3 自主功能
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验与调试
• 6.1 引言
• 6.2 月球车运动控制的运动仿真
• 6.3 无线模块通讯测试
• 6.4 数据采集调试
• 6.4.1 模数转换（ADC）模块采集调试
• 6.4.2 数字输入/输出（I/O）模块调试
• 6.4.3 串行外设接口模块（SPI）调试
• 6.5 遥操作实验
• 6.5.1 车轮寻零模式
• 6.5.2 寻零后车身直线运动
• 6.5.3 原地转弯
• 6.5.4 大半径转弯
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 研究工作总结
• 7.2 前景展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录