移動(dòng)機(jī)器人CASIA-I體系結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)的一個(gè)重要分支,一個(gè)完整的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)通常由移動(dòng)機(jī)構(gòu)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)部分組成.該文圍繞移動(dòng)機(jī)器人感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大方面,對(duì)非結(jié)構(gòu)環(huán)境下輪式移動(dòng)機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)、傳感器信號(hào)處理與融合、運(yùn)動(dòng)控制、定位與避障等問(wèn)題進(jìn)行了研究.該文首先對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的歷史和發(fā)展趨勢(shì)、移動(dòng)機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)控制等進(jìn)行了綜述,同時(shí)介紹了該文的選題背景、主要研究?jī)?nèi)容和研究意義.其次,分析了移動(dòng)機(jī)器人水平型體系結(jié)構(gòu)和垂直型體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

2、及其所適應(yīng)的范圍,提出了將水平型體系結(jié)構(gòu)和垂直型體系結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)的基于多DSP并行處理的混合型體系結(jié)構(gòu),結(jié)合我們研制的移動(dòng)機(jī)器人CASIA-I給出了該混合型體系結(jié)構(gòu)的軟、硬件實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成.第三,提出了一種采用多DSP和CAN總線來(lái)控制和處理移動(dòng)機(jī)器人各類傳感器的方法,給出了移動(dòng)機(jī)器人CASIA-I紅外、超聲和接近傳感器信號(hào)處理的原理和具體實(shí)現(xiàn).對(duì)于各類傳感器的處理結(jié)果,采用D-S證據(jù)理論進(jìn)行了融合.第四,采用自適應(yīng)模糊PID控

3、制方法實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人CASIA-I的底層伺服控制.在分析差動(dòng)輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)上,將移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡分解為直線、施轉(zhuǎn)和圓弧三種情況,分別進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析;作為逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解的一個(gè)例子,給出了機(jī)器人實(shí)現(xiàn)半徑為r的圓弧運(yùn)動(dòng)時(shí)左右輪所需的速度和速度差,采用DSP匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了對(duì)移動(dòng)機(jī)器人CASIA-I的運(yùn)動(dòng)控制.第五,分析了基于光電碼盤的差動(dòng)輪式移動(dòng)機(jī)器人定位原理,推導(dǎo)出了移動(dòng)機(jī)器人CASIA-I直線、旋轉(zhuǎn)和圓弧運(yùn)動(dòng)的定位公式,給

4、出了移動(dòng)機(jī)器人CASIA-I定位系統(tǒng)的具體構(gòu)成,研究了采用光電碼盤實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人CASIA-I坐標(biāo)定位和方向定位的方法.針對(duì)移動(dòng)機(jī)器人碼盤定位的誤差累積問(wèn)題,提出了將基于碼盤的定位方法和基于CCD視覺(jué)的定位方法相結(jié)合的移動(dòng)機(jī)器人CASIA-I自定位方法.第六,針對(duì)全局環(huán)境未知、且存在動(dòng)、靜態(tài)障礙物的情況,提出了基于紅外和接近兩層傳感器的動(dòng)態(tài)避障算法,實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人CASIA-I的避障功能.最后,該文對(duì)所取得的研究成果進(jìn)行了總結(jié),并指出