ARM的移動機(jī)器人運(yùn)動控制研究

本文共計(jì)69頁，30733字；
本文為碩士論文

摘 要
移動機(jī)器人是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個重要分支，而移動機(jī)器人的運(yùn)動控制則是整個機(jī)器人系統(tǒng)的核心部分，對機(jī)器人的平穩(wěn)運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。隨著新的智能控制算法的不斷涌現(xiàn)，移動機(jī)器人正向著智能化方向發(fā)展，這就對運(yùn)動控制系統(tǒng)性能提出了更高的要求。
本文首先建立了三輪輪式移動機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)模型和運(yùn)動學(xué)模型?；谠撃Ｐ停扑愠隽藱C(jī)器人的航位，然后按照控制系統(tǒng)的要求，選擇高性能ARM微處理器LPC2114作為核心進(jìn)行底層運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。硬件部分，按照模塊化的思想，主要設(shè)計(jì)了以LPC2114為核的最小系統(tǒng)和直流電機(jī)驅(qū)動模塊；軟件部分，在硬件平臺基礎(chǔ)上編制了各個模塊的軟件程序，給出了各模塊的程序框圖，并且經(jīng)過比較最終選擇積分分離PI控制算法進(jìn)行速度閉環(huán)控制，實(shí)驗(yàn)曲線表明控制效果良好。
文章最后，還針對機(jī)器人底層運(yùn)動控制的重要問題¬¬---軌跡跟蹤，進(jìn)行了深入的分析和研究。首先根據(jù)軌跡跟蹤控制原理設(shè)計(jì)了一種非線性反饋跟蹤控制器，然后針對這種控制器的不足，設(shè)計(jì)了全局漸近跟蹤控制器，并給出了仿真曲線。
論文的特色之處在于將低功耗、高性能的嵌入式微處理器與控制算法相結(jié)合應(yīng)用到了機(jī)器人控制領(lǐng)域，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，改善了機(jī)器人控制效果。


關(guān)鍵字：移動機(jī)器人， 運(yùn)動控制，ARM，軌跡跟蹤
Abstract
The research of Mobile robot is an important branch in the field of robot, in the main time, control of Mobile robot is the core part of the entire robot system, which effects the stabilization of the robot evidently. With the emergence of new intelligent control algorithms, the Mobile robot is developing in the intellectualized direction, which requires the move-
ment control system to possess more advanced capacity.
目 錄
1 緒論 1
1.1機(jī)器人概述 1
1.1.1移動機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù) 1
1.1.2 國內(nèi)外移動機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r 3
1.2嵌入式系統(tǒng)發(fā)展情況 4
1.3嵌入式系統(tǒng)在機(jī)器人方面的應(yīng)用 4
1.4基于ARM的移動機(jī)器人底層控制思想 5
1.5本論文主要內(nèi)容及其安排 5
1.6本章小結(jié) 6
2 雙輪驅(qū)動移動機(jī)器人建模 7
2.1移動機(jī)器人的運(yùn)動結(jié)構(gòu) 7
2.2 移動機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型 8
2.3移動機(jī)器人航位推算 10
2.4機(jī)器人動力學(xué)模型 14
2.5本章小結(jié) 15
3 移動機(jī)器人底層控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 16
3.1移動機(jī)器人控制系統(tǒng)概述 16
3.2微處理器選型 17
3.3 ARM最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 19
3.3.1 電源電路設(shè)計(jì) 19
3.3.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 20
3.3.3 時鐘電路設(shè)計(jì) 21
3.3.4 JTAG調(diào)試電路 22
3.3.5 串口通信電平轉(zhuǎn)換電路 23
3.4電機(jī)驅(qū)動模塊 23
3.4.1 驅(qū)動電機(jī)選型 23
3.4.2 PWM調(diào)速原理 24
3.4.3 L298原理及控制 27
3.4.4 光電隔離電路 28
3.4.5 電機(jī)驅(qū)動電路 29
3.5測速模塊 30
3.6硬件的可靠性設(shè)計(jì) 31
3.7本章小結(jié) 32
4底層控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 33
4.1底層控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 33
4.1.1初始化模塊 33
4.1.2 運(yùn)行模塊 34
4.2 運(yùn)行模塊設(shè)計(jì) 35
4.2.1測速模塊 35
4.2.2 PID控制 38
4.2.3 電機(jī)驅(qū)動模塊 42
4.3實(shí)驗(yàn)效果 43
4.4 本章小結(jié) 44
5移動機(jī)器人軌跡跟蹤控制研究 45
5.1軌跡跟蹤控制概述 45
5.2軌跡跟蹤控制定義 46
5.3非線性狀態(tài)反饋跟蹤控制分析與設(shè)計(jì) 47
5.3.1非線性狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì) 47
5.3.2仿真實(shí)驗(yàn)分析 48
5.4全局漸近跟蹤控制分析與設(shè)計(jì) 53
5.5本章小結(jié) 56
6總結(jié)與展望 57
致　謝 59


部分參考文獻(xiàn)
[1]王宏,艾海舟. 移動機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)設(shè)計(jì). 機(jī)器人,1993,15(1):49-54.
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