智能移动机器人嵌入式控制系统开发与设计

论文摘要

移动机器人技术是机器人研究领域的一个重要分支。从制造业的无人驾驶的搬运移动机器人到非制造业的星际探索和能源开发移动机器人及智能服务机器人,都显示了移动机器人正在与人类共同发展和进步。为了赋予机器人智能控制和自主导航的能力,解决机器人开发过程存在着高成本、大功耗等问题,本文应用嵌入式技术开发了移动机器人控制系统。基于嵌入式控制平台对自主移动机器人及其控制系统进行了设计与开发,根据设计要求进行自主移动机器人的运动学和动力学计算,进而对移动机器人机械结构设计,完成了各部件的加工及整体装配;以嵌入式控制体系为基础,以移动机器人为研究对象,设计了以PC/104为主控制器的嵌入式系统硬件平台,实现了扩展板、电源模块、电机驱动模块、感知模块、人机交互等功能模块及其接口连接;设计了一套基于超声波传感器的室内测距定位系统,可实现报警、避障及定位等功能;对无线通信技术进行研究,实现了机器人的无线遥控和无线串口通信;完成了控制系统各功能模块软件的编写和调试。最后,通过实验对移动机器人进行了整体调试,调试结果表明机器人运行稳定,从而验证了该系统的可行性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 智能移动机器人
• 1.1.1 国内外发展现状
• 1.1.2 智能移动机器人发展趋势
• 1.2 嵌入式系统
• 1.2.1 嵌入式系统发展现状
• 1.2.2 嵌入式系统发展趋势
• 1.3 课题的提出及研究意义
• 1.4 本文研究的主要内容及安排
• 2 智能移动机器人总体机构设计及分析
• 2.1 运动布局方案选择
• 2.1.1 常用轮子形式及简化符号
• 2.1.2 运动布局的分析及选择
• 2.2 移动机器人动力学及运动学分析
• 2.2.1 机器人运动学分析
• 2.2.2 机器人动力学分析
• 2.3 移动机器人运动车体设计方案选择
• 2.3.1 执行机构设计方案选择
• 2.3.2 自由轮及其他附件的选择
• 2.3.3 执行电机及驱动器的选择
• 2.4 移动机器人本体结构设计结果及分析
• 2.5 本章小结
• 3 智能机器人控制系统总体方案及分析
• 3.1 设计方案提出
• 3.1.1 设计思想来源
• 3.1.2 嵌入式系统方案选择
• 3.1.3 PC/104控制器的选择
• 3.2 总体硬件设计
• 3.2.1 总体方案
• 3.2.2 PC/104嵌入式工控机选型
• 3.2.3 总体方案分析
• 3.3 总体软件设计
• 3.3.1 Borland C++语言简介
• 3.3.2 系统软件结构
• 3.4 本章小结
• 4 控制系统模块化硬件设计
• 4.1 PC/104扩展板设计
• 4.1.1 PC/104总线简介
• 4.1.2 地址拨码电路设计
• 4.2 电源模块
• 4.2.1 电池的选择
• 4.2.2 电源DC/DC转换模块的选择
• 4.2.3 电源电路设计
• 4.3 电机驱动模块
• 4.3.1 步进电机控制
• 4.3.2 细分驱动原理
• 4.4 感知模块
• 4.4.1 超声波传感器的原理及结构
• 4.4.2 超声波传感器测距原理
• 4.4.3 超声波发射电路
• 4.4.4 接收电路
• 4.4.5 语音识别电路
• 4.4.6 视觉硬件构建
• 4.5 人机交互模块
• 4.5.1 无线遥控模块
• 4.5.2 无线串口通信
• 4.6 本章小结
• 5 嵌入式控制系统软件设计
• 5.1 控制主程序系统
• 5.2 驱动模块软件
• 5.2.1 脉冲信号的实现
• 5.2.2 控制程序设计方法
• 5.2.3 机器人运行参数计算
• 5.3 感知模块软件设计
• 5.3.1 语音识别系统软件设计
• 5.3.2 超声波测距软件设计
• 5.4 人机交互模块软件设计
• 5.4.1 遥控控制程序设计
• 5.4.2 PC/104串口通信程序设计
• 5.4.3 上位机串口程序设计
• 5.5 本章小结
• 6 总结及展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文