基于CPLD的彩色视觉移动机器人路径跟踪控制器的研究.pdf

兰州理工大学
硕士学位论文
基于CPLD的彩色视觉移动机器人路径跟踪控制器的研究
姓名:杜宝强
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:潘峥嵘
20070420
,大多数控制器都是通过软件编程,按照软件指令逐条执行个模块进行代码描述,再应用开发系统中的各种工具进行编译仿真测试。系关键词:;移动机器人;彩色视觉;视觉伺服;路径跟踪路径跟踪是移动机器人视觉导航控制基本技术之一,而控制器则是实现其功的,不可避免的存在稳定性、实时性和可靠性较差的缺点,因此移动机器人控制器的开发面临新的挑战。的出现为机器人控制器的发展开辟了新的途径。本课题利用做载体,借助砑教ǎ杓屏艘桓鲇纱坑布缏饭钩的专用路径跟踪控制器。该控制器配以简单的外围电路,就可以用于机器人的路径跟踪控制,它的运行不依赖软件指令的逐条执行,因此不存在传统控制器运行软件过程中许多固有的缺陷。本课题研究的移动机器人路径跟踪系统主要由视觉系统、控制系统、驱动系统三部分构成,主要是利用图像识别铺设在地面上的彩色路径的方法,通过视觉系统获取识别路径的颜色与位置特征,计算出机器人离跟踪路径的相对偏差,通过此偏差信号,控制系统来控制驱动系统运动进行实时跟踪。控制器是路径跟踪系统的核心,针对跟踪控制问题,进行了深入的研究。本课题利用基于图像的视觉伺服控制系统直接用图像特征控制执行机构运动这一特点,构成了一种基于图像特征差的视觉伺服控制算法,应用于路径跟踪控制系统中。本课题利用硬件描述语言,采用一种软件硬化的设计思路设计了控制器。根据设计流程,结合控制器要实现的功能,将控制器划分成八个模块,对每统采用了模块化的设计思路,为系统的设计和维护提供了方便,同时也提高了系统性能的可扩展性。在系统设计完成后,在一个具体的芯片上实现该控制器,并在此基础上进行系统实验。实验结果表明:作为单一控制器实现路径跟踪控制编程规范、时序验证方便、系统修改灵活,且基本无须改动硬件,大大提高机器人的跟踪速度,是实现移动机器人跟踪控制策略的一种有效途径。硕士学位论文
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图移动机器人平台⋯..⋯⋯⋯⋯....⋯⋯⋯⋯⋯,⋯⋯⋯..图移动机器人路径跟踪系统结构框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..⋯⋯⋯凰视觉系统圈⋯⋯⋯,⋯⋯⋯⋯⋯.....⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯.图甀语言设计硬件电路流程图⋯⋯⋯..⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图机器人运动模型示意图..:⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯⋯,⋯⋯⋯.图基于位置的视觉伺服控制系统结构框图.⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯.图基于图像的视觉伺服控制系统结构框图.⋯⋯⋯⋯⋯,⋯⋯⋯.图移动机器人路径跟踪的视觉伺服控制系统结构图⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图步进电机加、减速运行曲线⋯⋯⋯,.⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯.图机器人跟踪路径的示意图⋯⋯⋯⋯..⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯图机器人与跟踪路径的位置关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯.图移动机器人转弯示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯.的7⒘鞒蹋甖控制器结构框图.⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯⋯,⋯⋯⋯.图时钟电路模块的缏贰图时钟电路时序仿真波形⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯.图数据接口电路模块的部分缏贰图接口电路仿真结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯,⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯.图嗦氲缏纺?榈牟糠諶电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图嗦氲缏贩抡娼峁图闶趼呒怂愕缏纺?榈牟糠諶电路.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图闶趼呒怂愕缏贩抡娼峁图菟嫫鞯腞电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯图菟嫫鞯姆抡娌ㄐ巍图刺刂频缏纺?榈腞电路‘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯图刺刂频缏返墓ぷ魇毙颉图剖鞯牟糠諶电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.·⋯⋯..图剖鞯姆抡娌ㄐ巍图龀宸⑸盎幌虻缏纺?榈牟糠諶电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图龀宸⑸盎幌虻缏芳铀俨糠值姆抡娌ㄐ巍图龀宸⑸盎幌虻缏芳跛俨糠钟牖幌虻姆抡娌ㄐ巍图机器人加速时控制器输出脉冲⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯图机器人减速时控制器输出脉冲⋯⋯⋯.⋯...⋯⋯⋯.⋯⋯⋯插图索引图基于的彩色视觉移动机器人路径跟踪控制器的研究
图机器人恒低速时控制器输出脉冲⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图机器人恒高速时控制器输出脉冲⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图机器人减速换向时控制器输出脉冲.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图机器人纠偏时控制器输出脉冲⋯⋯....⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.俊馹目硕士学位论文縚——————————————————————————————
导师签名:州日期:腑/月日作者签名:杠η作者签名:本它强日期:∥⒈C芸冢凇!D杲饷芎笫视帽臼谌ㄊ椤兰州理、工大学学位论文原创性声明学位论文版权使用授权书哆羁口期:劢巧年夕月廴本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引