三轮全向移动机器人运动控制研究.pdf

长沙理工大学
硕士学位论文
三轮全向移动机器人运动控制研究
姓名:谢志诚
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:李益华
20100401
摘要论文主要对行妥樽闱蚧魅艘灰蝗秩蚯魅说脑硕足球机器人涉及到多学科、多领域,为研究多智能体系统、人工智能等理论提供了一个很好的研究平台,引起了越来越多的科研机构和大专院校的关注,也吸引了越来越多的科研人员和学者的参与。制进行了研究。首先建立了三轮全向移动机器人非线性系统模型,通过分析它的运动特性,采用基于运动学模型的分层控制方案实现机器人的运动控制。为了验证底层运动控制系统和控制策略的合理性,在分析无刷直流电机数学模型的基础上,利用/建立了无刷直流电机转速、电流双闭环控制系统的仿真模型,通过仿真得到了与理论分析相一致的仿真试验结果,证明了该控制方案的可行性。其次,本文设计了三轮全向移动机器人的运动控制算法,包括基于直接法的姿态稳定控制算法和基于输入变换解耦的轨迹跟踪控制算法,使系统具有良好的全局稳定性,实现了移动机器人的位置和方位的跟踪控制。仿真实验中考虑了驱动电机的动态特性,检验了控制算法的鲁棒性和有效性。最后,根据行妥樽闱蚧魅说撞憧刂葡低车幕救挝瘢捎盟辜埽≡窀咝阅蹹处理器魑:诵慕械撞阍硕制系统的设计。硬件部分,按照模块化的思想,主要设计了以为核心的控制电路和无刷直流电机驱动模块;软件部分,在硬件平台基础上编制了各个模块的软件程序,给出了各模块的程序框图。关键词:三轮全向机器人;无刷直流电机;运动控制;姿态稳定;轨迹跟踪
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作者签名::毒强寸迄;成日期:砂缉霸律橙导师签名琂军学位论文版权使用授权书长沙理工大学学位论文原创性声明日期:≯细年,月沙日取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存年解密后适用本授权书。录本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡法律后果由本人承担。波查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内和汇编本学位论文。本学位论文属于⒈C芸冢⒉槐C茑颉朐谝陨舷嘤Ψ娇蚰诖颉啊日,
第一章绪论课题来源及研究意义一一机器人足球世界杯及学术会议且桓龉市匝芯和教育组织,它通过提供一个标准问题来促进人工智能和智能机器人的研究。这个领域应该可以集成并检验很大范围内的技术,同时也可被用作综合的面向工程应用的教育。为了这个目的,C搜≡窳俗闱虮热魑R桓龌玖煊颍并组织了国际上级别最高、规模最大、影响最广泛的机器人足球赛事和学术会议虺芌NA四苋靡桓龌魅饲蚨诱嬲芄唤凶闱虮热必须集成各种各样的技术,包括自治智能体的设计准则、多主体合作、策略获取、实时推理、机器人学以及感知信息融合等。对一个由许多快速运动的机器人组成的球队来说,且幌钤诙肪诚碌娜挝瘛T谌砑矫妫琑还提供了软件平台以便于研究。在人工智能与机器人学的历史上,年将作为一个转折点被记住。在年拢琁的深蓝击败了人类国际象棋世界冠军,人工智能界四十年的挑战终于取得了成功。在年日,的“探路者诨鹦浅晒Φ锹剑谝个自治机器人系统头旁诨鹦堑谋砻嫔稀S氪送保琑也朝开发能够战胜人类世界杯冠军队的机器人足球队走出了第一步。本课题源于年行妥闱蚧魅竞赛,也称为U攵灾行妥樽闱蚧魅说男阅芤G螅岷铣ど忱砉ご笱的足球机器人和当前机器人技术的发展,对三轮全向轮式移动足球机器人的运动控制系统进行了分析和研究。移动机器人运动控制系统是机器人实现其控制任务的基础,它决定了轮式移动机器人性能的优劣。机器人运动控制系统是根据指令以及传感信息控制机器人作相应的运动或完成一定作业任务的装置幢K孀判畔⒒慕獭⑷斯ぶ悄堋计算机科学与技术、信号处理理论与方法等的迅速发展,移机器人需要处理的数据量也就越来越大,并且对控制精度、数据处理速度和实时性的要求也越来越高,这就对机器人运动控制系统的性能要求也就越来越高。因此,对机器人运动控制系统进行研究发开发,提高机器人运动控制的实时性和准确性,对机器人越来越复杂的运动要求,设计出更有效的控制算法,这将对推动移动机器人的发展是非常重要的阳C起初称作
懒黉价行妥樽闱蚧魅讼低臣蚪滓猳行妥榛魅俗闱虮热恚扛霾稳魅擞涤懈髯远懒⒌氖泳系统、决策系统、运动控制系统,并且相互之问可进行无线通信。各参赛机器人在长度为米至米,宽度滓陨系某〉厣辖凶闱虮热⑶乙G笏胁赛的机器人必须足全自主的