移动机器人运动控制与自主充电系统的研制

发布时间：2020-03-23 06:20

【摘要】：移动机器人自主充电技术是保证机器人能够长时间自主运行的一项关键技术。基于无刷直流电机设计的移动机器人运动控制系统配合基于红外信息的近程对接技术能够可靠地实现机器人与充电桩的对接。本课题主要研究内容包括基于ARM的移动机器人底层运动控制系统、移动机器人充电桩的硬件系统设计、机器人与充电桩对接流程的设计、移动机器人实验平台的搭建以及相关的实验研究。本文首先设计了移动机器人底层运动控制系统的硬件电路,并完成了PCB电路的实物制作。根据移动机器人内部无刷直流电机的工作原理及工作状况建立了其数学模型,设计了根据工况能够实时自整定控制参数的变论域模糊PI控制算法。在SIMULINK中搭建了无刷直流电机的仿真模型与变论域模糊PI控制器模型,通过仿真与普通PI算法进行对比,验证变论域模糊PI控制算法的优越性。接着设计了自主充电系统的相关硬件。研制了充电桩的外壳和自主充电系统的硬件电路,包括无线充电模块、红外引导模块和机器人内部充电控制模块,并制作了PCB电路板,完成了充电桩的安装。在充电桩设计过程中考虑到要连接220V市电,安装了空气开关和安规器件,确保人员安全。然后研究了机器人与充电桩的对接算法。设计了通过QT人机交互界面和TCP/IP网络通讯进行人工辅助远程搜索充电桩的流程,提高了机器人搜索充电桩的效率。重点研究了充电对接过程中的机器人定位算法,并将红外信息融入到了算法中。根据红外传感器的特点,设计了基于红外信息的机器人与充电桩的近程对接流程。最后搭建了移动机器人实验平台来验证本文所设计的移动机器人运动控制系统和自主充电系统。先检测了运动控制系统中各个子系统的可靠性,通过上位机中自行编写的QT界面获得电机转速曲线,验证本文设计的运动控制系统在稳定性、准确性以及响应速度等性能都比较优秀。通过静态定位实验与动态定位实验获得定位误差数据,验证了定位算法的可靠性。通过机器人与充电桩的多次对接实验,验证了充电对接系统的可靠性。
【图文】：

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文自动充电系统的研究，解决了由于电池技术制约，机器人难以长的问题，增强了移动服务机器人的自主性。在机器人研制过程中有的硬件平台或控制系统会增加研制成本，并且购买的控制系统限制，未必能符合要求。因此，本课题将自主开发移动机器人的及自主充电系统。国内外研究现状 移动服务机器人的研究现状外对于轮式移动服务机器人的研究很早就开始了，清扫机器人是的产品。但早期的清扫机器人存在着清扫效率低、智能化程度低，这限制了其在市场上的推广[5]。

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文自动充电系统的研究，解决了由于电池技术制约，，机器人难以长的问题，增强了移动服务机器人的自主性。在机器人研制过程中有的硬件平台或控制系统会增加研制成本，并且购买的控制系统限制，未必能符合要求。因此，本课题将自主开发移动机器人的及自主充电系统。国内外研究现状 移动服务机器人的研究现状外对于轮式移动服务机器人的研究很早就开始了，清扫机器人是的产品。但早期的清扫机器人存在着清扫效率低、智能化程度低，这限制了其在市场上的推广[5]。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP242

【参考文献】

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本文编号：2596328