基于混合式結(jié)構(gòu)的陪護機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、本課題以國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)重點課題《助老/助殘機器人關(guān)鍵技術(shù)研究》為背景，研究實用型陪護機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，從成本和實用性的角度出發(fā)，結(jié)合實驗室原有機器人在使用過程中存在的問題，重新設(shè)計機器人控制系統(tǒng)，完成了實用型機器人體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)，完成了各模塊的軟硬件開發(fā)和系統(tǒng)的集成，完成了系統(tǒng)各單元及整體的調(diào)試與測試。
　　設(shè)計了一種基于CAN總線通信系統(tǒng)的混合型控制結(jié)構(gòu)即將分層遞階型結(jié)構(gòu)和包容型結(jié)構(gòu)相結(jié)合的

2、方式實現(xiàn)機器人系統(tǒng)控制。采用分層設(shè)計和模塊化設(shè)計的思想，將機器人控制系統(tǒng)分為任務(wù)協(xié)調(diào)層、行為規(guī)劃層、行為控制層和運動控制層四層；采用三級分布式結(jié)構(gòu)，完成了機器人硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計；采用高性能DSP控制器TMS320F28335，開發(fā)實現(xiàn)了部分單元控制級模塊，增加了控制系統(tǒng)的實時性、開放性和可擴展性。
　　針對原機器人控制系統(tǒng)里程計模塊輸出跳變和更新周期長的問題，設(shè)計了新的里程計定位單元，采用雙緩沖濾波作為輸入輸出的容錯機制，增加了信號出

3、錯處理功能，采用定時器中斷方式實現(xiàn)里程計定時更新，縮短了數(shù)據(jù)更新周期。
　　設(shè)計了機器人底輪與頭部位置伺服系統(tǒng)，采用DSP+伺服驅(qū)動器的方式實現(xiàn)機器人運動控制，引入積分分離PID算法設(shè)計了機器人位置控制器，實現(xiàn)了機器人軌跡插補、位置控制功能。
　　設(shè)計了基于DSP的機器人避障子系統(tǒng)，選用接近圖算法作為避障算法，并針對機器人平臺和應(yīng)用要求進行了改進和實現(xiàn)，使機器人可以在未知動態(tài)環(huán)境中自主避障。針對可能存在未知、動態(tài)障礙物的非結(jié)

4、構(gòu)化環(huán)境，提出了一種基于路徑關(guān)鍵點的機器人路徑動態(tài)規(guī)劃算法，將機器人路徑動態(tài)規(guī)劃分為全局路徑規(guī)劃和局部避障兩層，實現(xiàn)機器人動態(tài)路徑規(guī)劃功能。
　　最后，對新設(shè)計機器人控制系統(tǒng)和原控制系統(tǒng)進行了對比實驗，實驗結(jié)果表明，里程計模塊抗干擾能力提高，輸出準確性、穩(wěn)定性明顯提高，更新周期縮短為50ms，只有原里程計更新周期的四分之一；機器人運動準確性得到提高；機器人在復(fù)雜環(huán)境下的反應(yīng)能力及自主避障能力提高；機器人在復(fù)雜家庭環(huán)境下的路徑規(guī)劃能