基于陀螺仪的竞赛机器人嵌入式控制系统的研究

基于陀螺仪的竞赛机器人嵌入式控制系统的研究

论文摘要

目前机器人技术已经成为了最热门的研究领域之一,很多成熟机器人产品已经在不同领域得到广泛的应用。机器人竞赛的发展和普及有效地促进了智能机器人与智能控制技术的研究和发展,竞赛机器人关键技术的突破将推动机器人与自动化技术的发展与创新,促进工业和军事等领域的发展。本文以研究竞赛机器人的运动控制和导航定位为主要目标,研究基于微机械陀螺仪的竞赛机器人的嵌入式控制系统。将陀螺仪能够提供的实时角度信号引入控制系统中,设计出基于机器人航向角和光电编码器的机器人运动控制的方案,包括机器人运动控制算法的理论推导、机器人导航的实现以及机器人位置参数的分阶段校正。本文将数字PID智能控制算法应用中机器人运动控制中,设计了具体的实现模型,提高了机器人运动的稳定性和可靠性。机器人的智能控制离不开嵌入式技术的支持,本文设计的机器人控制系统选用32位ARM7微处理器芯片LPC2138,采用一主一从的控制方式,处理器嵌入μC/OS-Ⅱ实时操作系统,提高控制系统的多任务处理能力。主处理器负责主控系统的任务调度,人机交互、传感器和外围电机的控制;从处理器集中负责机器人的运动控制单元,接收陀螺仪输出的角度数据,光电编码器的脉冲数据,矢量计算机器人的当前位置,按照本文论述的机器人运动控制算法引导竞赛机器人运动,并通过RS232接口与主处理器交互。论文在竞赛机器人的导航控制方面勇于创新,将陀螺仪引入机器人的运动控制中,设计出较为完善的竞赛机器人嵌入式控制系统,满足了机器人在竞赛环境下高效准确的路径规划要求。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 机器人发展的历史与现状
  • 1.1.1 机器人的发展进程
  • 1.1.2 国内外机器人的发展现状
  • 1.2 机器人的关键技术
  • 1.2.1 机器人的导航与定位技术
  • 1.2.2 机器人驱动技术
  • 1.2.3 传感器技术
  • 1.2.4 机器人的智能控制技术
  • 1.3 竞赛机器人设计中的关键问题
  • 1.4 课题概述
  • 第二章 竞赛机器人总体设计
  • 2.1 竞赛的主题和规则
  • 2.2 系统总体设计
  • 2.2.1 机器人的整体结构
  • 2.2.2 机器人驱动系统
  • 2.2.3 机器人控制单元
  • 2.2.4 机器人传感器系统
  • 第三章 基于陀螺仪的竞赛机器人的导航
  • 3.1 基于陀螺仪的应用
  • 3.1.1 陀螺仪的概述
  • 3.1.2 陀螺仪在机器人导航中的应用
  • 3.2 竞赛机器人的导航
  • 3.2.1 机器人理想运动模型
  • 3.2.2 机器人的运动控制
  • 3.2.3 机器人运动控制算法
  • 3.2.4 机器人导航的实现
  • 3.2.5 机器人定位误差校正
  • 3.2.6 竞赛机器人碰撞处理
  • 3.3 基于数字PID 的运动控制
  • 3.3.1 数字 PID 控制技术
  • 3.3.2 机器人运动轨迹的PID 控制
  • 第四章 嵌入式系统设计
  • 4.1 嵌入式系统概述
  • 4.1.1 嵌入式系统的组成
  • 4.1.2 嵌入式实时操作系统
  • 4.2 LPC2138 核心板设计
  • 4.2.1 电源电路
  • 4.2.2 RS232 串口电路
  • 4.2.3 复位电路及EEPROM
  • 4.2.4 JTAG 接口电路
  • 4.2.5 其它电路
  • 4.3 μC/OS-Ⅱ实时操作系统
  • 4.3.1 μC/OS-Ⅱ的结构与特点
  • 4.3.2 μC/OS-Ⅱ移植到LPC2138
  • 第五章 机器人控制系统实现
  • 5.1 系统主控系统
  • 5.1.1 主控系统功能结构
  • 5.1.2 通讯协议设计
  • 5.2 人机交互设计
  • 5.3 直流电机控制
  • 5.3.1 光电隔离
  • 5.3.2 正反转控制电路
  • 5.4 运动控制单元
  • 5.4.1 电机驱动器
  • 5.4.2 光电编码器
  • 5.5 控制软件流程
  • 5.5.1 主程序流程
  • 5.5.2 运动控制的实现
  • 5.5.3 中断子程序
  • 5.6 路径跟踪实验
  • 第六章 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 在校期间研究成果
  • 相关论文文献

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