【碩士論文】智能小車運動控制系統(tǒng)研制.pdf

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1、論文題目：智能小車運動控制系統(tǒng)研制專業(yè)：控制理論與控制工程碩士生：董剛指導(dǎo)教師：杜京義摘要本文主要完成了智能小車運動控制系統(tǒng)的研制。在小車的硬件設(shè)計中，將兩臺直流電機設(shè)計在兩主動輪上，采用了兩輪差動控制的方法。以LPC2368為核心搭建了智能小車的控制系統(tǒng)的硬件平臺，通過光電碼盤、防碰開關(guān)、超聲波傳感器等來實現(xiàn)智能小車的多種功能。根據(jù)智能小車的實際車體，對其進(jìn)行了運動學(xué)的分析并建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，為優(yōu)化對智能小車的控制奠定了理論基礎(chǔ)。在軌跡控制算法中，推導(dǎo)出了機器人小車行走中主動輪與行走軌跡的位置關(guān)系，推導(dǎo)出了機器人小車的實時位置，建立小車的方位數(shù)學(xué)模型，設(shè)計了相應(yīng)的模糊控制

2、器。針對小車的軌跡控制，分別使用了模糊控制器和傳統(tǒng)PID控制器進(jìn)行MATIab仿真，通過仿真結(jié)果說明了在智能小車軌跡控制中模糊控制器的優(yōu)越性。此外，本文還對機器人小車系統(tǒng)中所需的傳感器和控制系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了詳細(xì)的分析。針對智能小車運動控制系統(tǒng)，本論文的主要工作內(nèi)容如下：(1)依據(jù)動力學(xué)原理，分析并建立智能小車的滿足不同需求的多種控制模型，為實現(xiàn)最佳控制提供數(shù)學(xué)模型。(2)對小車的軌跡跟蹤問題進(jìn)行了研究，基于模糊控制原理實現(xiàn)了智能小車的軌跡跟蹤，并通過MATlab仿真與傳統(tǒng)PID控制做了對比。(3)設(shè)計了智能小車控制系統(tǒng)，研制了以ARM7(LPC2368)微處理器為核心的智能小

3、車運動控制硬件平臺。(4)為了達(dá)N4,車控制的實時性要求，在LPC2368上進(jìn)行了laC／OS．II的移植，使用嵌入式操作系統(tǒng)實現(xiàn)了控制軟件的開發(fā)。關(guān)鍵詞：移動機器人；模糊控制；嵌入式操作系統(tǒng)；運動控制系統(tǒng)研究類型：應(yīng)用研究1緒論1緒論1．1移動機器人的發(fā)展現(xiàn)狀機器人的應(yīng)用越來越廣泛，幾乎滲透到所有領(lǐng)域。機器人的發(fā)展體現(xiàn)了一個國家技術(shù)水平的高低，現(xiàn)代機器人從其誕生到現(xiàn)在，己經(jīng)發(fā)展到了第三代【l】。第一代機器人是示教再現(xiàn)型機器人。它們裝有記憶存儲器，由人將作業(yè)的各種操作要求示范給機器人，使之記住操作的程序和要領(lǐng)。當(dāng)它接到再現(xiàn)命令時，則自主地再現(xiàn)示教的動作。第二代機器人是裝有小型計

4、算機和簡單傳感器的離線編程的工業(yè)機器人。它能感知外界信息和進(jìn)行“思維”，比第一代機器人更靈活、更能適應(yīng)環(huán)境變化的需要。第三代是智能機器人。智能機器人是“具有感知、思維和動作的機器”。它裝有多種傳感器，能識別作業(yè)環(huán)境，能自主決策，具有人類大腦的部分功能，且動作靈活，是人工智能技術(shù)發(fā)展到高級階段的產(chǎn)物。移動機器人的研究始于60年代末期，斯坦福研究院(SKI)的NilsNilssen和CharlesRosen等人，在1966年至1972年間研制出了名為Shakey的自主移動機器人【2J。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，人們的研究方向逐漸轉(zhuǎn)移到了面向?qū)嶋H應(yīng)用的室內(nèi)移動機器人的研究，并逐步形成

5、了自主式移動機器人AM_R(IndoorAutonomousMobileRobot)概念。美國國防高級研究計劃局(DARPA)專門立項，制定了地面無人作戰(zhàn)平臺的戰(zhàn)略計劃。從此，在全世界掀開了全面研究室外移動機器人的序幕，如DARPA的“戰(zhàn)略計算機”計劃中的自主地面車輛(ALV)計劃(1983--一1990)，能源部制訂的為期10年的機器人和智能系統(tǒng)計劃(RIPS)(1986---1995)，以及后來的空間機器人計劃；日本通產(chǎn)省組織的極限環(huán)境下作業(yè)的機器人計劃；歐洲尤里卡中的機器人計劃等。初期的研究，主要從學(xué)術(shù)角度研究室外機器人的體系結(jié)構(gòu)和信息處理，并建立實驗系統(tǒng)進(jìn)行驗證。雖然由

6、于80年代對機器人的智能行為期望過高，導(dǎo)致室外機器人的研究未達(dá)到預(yù)期的效果，但卻帶動了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，為探討人類研制智能機器人的途徑積累了經(jīng)驗，同時，推動了其它國家對移動機器人的研究與開剔弘7。。進(jìn)入90年代，隨著技術(shù)的進(jìn)步，移動機器人開始在更現(xiàn)實的基礎(chǔ)上，開拓各個應(yīng)用領(lǐng)域，向?qū)嵱没M(jìn)軍。美國NASA研制的火星探測機器人索杰那于1997年登上火星，這一事件向全世界進(jìn)行了報道。為了在火星上進(jìn)行長距離探險，又開始了新一代樣機的研制，命名為Rocky7，并在Lavic湖的巖溶流上和干枯的湖床上進(jìn)行了成功的實驗。德國研制了一種輪椅機器人，并在烏爾姆市中心車站的客流高峰期的環(huán)境和1998

7、年漢諾威工業(yè)商品博覽會的展覽大廳環(huán)境中進(jìn)行了實地現(xiàn)場表演。該輪椅機器人在公共場所擁西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文擠的、有大量乘客的環(huán)境中，進(jìn)行了超過36個小時的考驗，所表現(xiàn)出的性能是其它現(xiàn)存的輪椅機器人或移動機器人所不可比的。這種輪椅機器人是在一個商業(yè)輪椅的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的【8捌。2004年，美國的火星車“勇氣”號和“機遇”號登上火星，并且圓滿完成了預(yù)期的探索任務(wù)：每輛火星車都需要至少工作90個火星日(約相當(dāng)于地球上的92天)，在火星上行駛總里程至少達(dá)到600米，至少造訪8個不同地點，必須拍下周圍環(huán)境