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一种轮式移动机器人控制系统设计与实现

作者：石小木 Publish: 2007-1-9 Hits:-

【中文题名】

一种轮式移动机器人控制系统设计与实现

【英文题名】

The Design and Development of One Kind of Wheeled Mobile Robot Control System

【学科专业】

信号与信息处理

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-1-9

【中关键词】

移动机器人,微控制器,避障,脉宽调制,模糊控制,

【英关键词】

Mobile Robot,Micro Controller Unit,Obstacle Avoidance,PWM,Fuzzy Control,

【分类导航】

工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>机器人技术>机器人>智能机器人

【论文摘要】

本文首先结合国内外移动机器人的研究现状,综述了移动机器人的发展概况,阐明了本课题的研究背景和意义,并概况了简述本论文的主要研究内容和所做工作。然后,结合移动机器人机械结构和双轮独立驱动机构,推导其运动学模型,论述了通过双轮差速实现运动控制的原理。本文重点研究了移动机器人控制系统的设计和实现。按照移动机器人的总体控制方案和模块化设计的思路,详细分析了控制系统的微控制器模块、避障模块、电机驱动模块、电源模块和串行通信接口等模块的电路设计和软件编程,并讨论了系统设计的可靠性问题。结合移动机器人运动控制存在的难点,本文深入探讨了模糊控制系统的原理和设计方法,并提出了模糊控制策略在运动控制中应用的具体方案。最后,本文对所作研究和主要工作进行了总结,并对今后的研究方向做出了展望。

【论文题纲】

摘要	4-5
Abstract	5-8
0 前言	8-11
0.1 移动机器人技术概述	8
0.2 移动机器人控制技术研究动态	8-9
0.2.1 移动机器人控制技术发展概况	8-9
0.2.2 移动机器人控制系统关键技术	9
0.3 本课题的意义	9-10
0.4 论文的主要内容	10-11
1 移动机器人的机械结构和运动学模型	11-14
1.1 移动机器人机械结构	11-12
1.2 移动机器人运动学模型	12-13
1.3 本章小节	13-14
2 移动机器人控制系统设计	14-47
2.1 移动机器人控制系统方案	14-15
2.2 微控制器模块	15-18
2.2.1 微控制器的选用依据	15-16
2.2.2 ATMEGA16 微控制器特点	16
2.2.3 ATMEGA16 微控制器最小系统电路	16-18
2.3 避障模块	18-25
2.3.1 红外避障传感器	19-21
2.3.2 超声波测距传感器	21-25
2.4 电机驱动模块	25-29
2.4.1 直流电机PWM 调速	25-26
2.4.2 电机驱动电路	26-28
2.4.3 硬件实现PWM 的方法	28-29
2.5 光电编码器测速模块	29-31
2.5.1 增量式光电编码器	29
2.5.2 移动机器人驱动轮线速度的测量	29-30
2.5.3 光电编码器的鉴相	30-31
2.5.4 光电编码器测速的误差分析	31
2.6 遥操作模块	31-32
2.7 电源模块	32-36
2.7.1 移动机器人电源设计	33-34
2.7.2 充电电路设计	34-36
2.8 异步串行通信模块	36-38
2.9 I~2C 同步串行通信模块	38-45
2.9.1 I~2C总线工作原理	38
2.9.2 总线基本操作	38-40
2.9.3 E~2PROM 存储器接口设计	40-42
2.9.4 TMP175 集成数字式温度传感器接口设计	42-45
2.10 系统可靠性设计	45-46
2.10.1 影响系统可靠性的因素	45
2.10.2 采取的措施	45-46
2.11 本章小节	46-47
3 移动机器人运动控制的模糊策略研究	47-62
3.1 模糊控制概述	47-48
3.2 模糊控制的基础知识	48-50
3.2.1 模糊集合和隶属函数	48-50
3.2.2 模糊算子	50
3.3 模糊控制系统的原理	50-52
3.4 模糊控制器的设计	52-55
3.4.1 结构设计	52-53
3.4.2 功能设计	53-55
3.5 模糊策略在速度控制中的应用	55-59
3.5.1 速度控制的总体方案	55-56
3.5.2 速度控制输入输出变量的模糊化	56-57
3.5.3 速度模糊控制规则库	57-58
3.5.4 速度控制的解模糊	58
3.5.5 离散PID 控制器的设计	58-59
3.6 模糊控制在微控制器系统中的实现	59-60
3.7 模糊PID 控制器在运动控制中的应用效果	60-61
3.8 本章小节	61-62
4 总结和展望	62-63
4.1 工作总结	62
4.2 研究展望	62-63
参考文献	63-66
致谢	66-67
研究生阶段所做的主要工作	67

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.381758



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