高端电脑鼠设计与控制研究
发布时间：2024-06-12 18:54
电脑鼠的设计与控制是微型机器人研究领域的一个重要分支,涉及机器人机械稳定性及系统控制问题。本文针对电脑鼠高速运行稳定性不足展开研究工作,首先对电脑鼠机械结构稳定性进行分析,然后进行电脑鼠硬件电路设计,改进电脑鼠底层运动控制和顶层路径优化算法,最后利用设计的高端电脑鼠进行相应实验。本文的创新性研究工作如下:1、针对电脑鼠所需要具备的功能要求,设计电脑鼠车体尺寸；考虑电脑鼠重心高低以及加减速和转弯时重心转移对其稳定性的影响,设计了低重心电脑鼠;针对车轮尺寸影响电脑鼠的重心并考虑其附着灰尘能力、轮胎摩擦系数、器件摆放对转动惯量的影响等,对车轮尺寸和轮胎选型及器件布局进行了全新设计；为增加电脑鼠高速运行和转弯时对迷宫底板的附着力并考虑空气动力学而设计了吸地风扇。2、构建了电脑鼠硬件系统架构图,选用高性价比STM32F103RET6作为核心控制器,完成了包括STM32F103RET6处理器最小系统、红外接发电路、转弯陀螺仪电路、电机驱动电路、吸地风扇电路以及系统电源等电路的设计。3、改进了传统的底层控制算法。将传统两轮独立控制改为左右轮协调控制完成电脑鼠直行和转弯动作;利用陀螺仪、编码器、红外矫...
【文章页数】：112 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 背景及意义
1.1.1 课题研究的背景
1.1.2 课题研究的学术价值
1.2 电脑鼠国内外发展现状
1.3 电脑鼠技术难点
1.4 本论文章节安排
第二章 高端电脑鼠结构优化
2.1 IEEE国际电脑鼠走迷宫
2.2 电脑鼠机械结构分析
2.2.1 车体几何尺寸分析
2.2.2 车体重心和重量转移分析
2.2.3 电脑鼠车轮分析
2.2.4 电脑鼠转动惯量分析
2.3 电脑鼠车体结构选择和设计
2.3.1 电脑鼠四轮底盘设计
2.3.2 电脑鼠轮胎选型
2.3.3 减速机构设计
2.3.4 车轮设计
2.3.5 吸地风扇设计
2.3.6 红外布局设计
2.4 本章小结
第三章 高端电脑鼠硬件电路实现
3.1 电脑鼠硬件系统架构图
3.2 核心控制器
3.2.1 核心控制器选型
3.2.2 STM32F103RET6核心控制器资源简介
3.3 红外电路设计
3.4 陀螺仪电路设计
3.5 驱动电路设计
3.5.1 直流电机的PWM驱动
3.5.2 全桥驱动电路
3.5.3 电机驱动硬件电路
3.5.4 PWM(脉宽调制)技术调速
3.6 吸地风扇电路设计
3.7 供电电源
3.8 硬件电路整合
3.9 本章小结
第四章 高端电脑鼠的运动控制
4.1 电脑鼠闭环控制
4.2 弧形转弯
4.3 变加速弧形转弯
4.3.1 变加速弧形转弯公式计算
4.3.2 变加速转弯各参数的求取
4.3.3 变加速转弯仿真
4.4 高端电脑鼠的运动姿态控制
4.4.1 电脑鼠典型的相对动作
4.4.2 电脑鼠的姿态误差
4.4.3 搜索阶段姿态误差与矫正
4.4.4 冲刺阶段姿态误差与矫正
4.5 本章小结
第五章 高端电脑鼠算法控制
5.1 传统算法分析
5.2 迷宫建模及坐标表示
5.3 基本的向心算法与洪水算法的求解原理
5.3.1 基本向心算法迷宫求解原理
5.3.2 洪水算法迷宫求解原理
5.4 概率距离算法数学基础
5.4.1 概率距离算法原理
5.4.2 MATLAB数据处理
5.5 概率距离融合算法
5.5.1 各区域传统算法填充
5.5.2 概率距离融合算法搜索思想
5.6 本章小结
第六章 高端电脑鼠控制实验
6.1 电脑鼠轮胎摩擦力实验
6.2 电脑鼠红外特性实验
6.3 电脑鼠速度响应实验
6.3.1 直线速度测试实验
6.3.2 旋转速度测试实验
6.3.3 直线速度和旋转速度联合实验
6.4 电脑鼠位置响应实验
6.4.1 直线位置测试实验
6.4.2 转弯位置测试实验
6.5 算法对迷宫搜索效率实验
6.6 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢
本文编号：3993371
【文章页数】：112 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 背景及意义
1.1.1 课题研究的背景
1.1.2 课题研究的学术价值
1.2 电脑鼠国内外发展现状
1.3 电脑鼠技术难点
1.4 本论文章节安排
第二章 高端电脑鼠结构优化
2.1 IEEE国际电脑鼠走迷宫
2.2 电脑鼠机械结构分析
2.2.1 车体几何尺寸分析
2.2.2 车体重心和重量转移分析
2.2.3 电脑鼠车轮分析
2.2.4 电脑鼠转动惯量分析
2.3 电脑鼠车体结构选择和设计
2.3.1 电脑鼠四轮底盘设计
2.3.2 电脑鼠轮胎选型
2.3.3 减速机构设计
2.3.4 车轮设计
2.3.5 吸地风扇设计
2.3.6 红外布局设计
2.4 本章小结
第三章 高端电脑鼠硬件电路实现
3.1 电脑鼠硬件系统架构图
3.2 核心控制器
3.2.1 核心控制器选型
3.2.2 STM32F103RET6核心控制器资源简介
3.3 红外电路设计
3.4 陀螺仪电路设计
3.5 驱动电路设计
3.5.1 直流电机的PWM驱动
3.5.2 全桥驱动电路
3.5.3 电机驱动硬件电路
3.5.4 PWM(脉宽调制)技术调速
3.6 吸地风扇电路设计
3.7 供电电源
3.8 硬件电路整合
3.9 本章小结
第四章 高端电脑鼠的运动控制
4.1 电脑鼠闭环控制
4.2 弧形转弯
4.3 变加速弧形转弯
4.3.1 变加速弧形转弯公式计算
4.3.2 变加速转弯各参数的求取
4.3.3 变加速转弯仿真
4.4 高端电脑鼠的运动姿态控制
4.4.1 电脑鼠典型的相对动作
4.4.2 电脑鼠的姿态误差
4.4.3 搜索阶段姿态误差与矫正
4.4.4 冲刺阶段姿态误差与矫正
4.5 本章小结
第五章 高端电脑鼠算法控制
5.1 传统算法分析
5.2 迷宫建模及坐标表示
5.3 基本的向心算法与洪水算法的求解原理
5.3.1 基本向心算法迷宫求解原理
5.3.2 洪水算法迷宫求解原理
5.4 概率距离算法数学基础
5.4.1 概率距离算法原理
5.4.2 MATLAB数据处理
5.5 概率距离融合算法
5.5.1 各区域传统算法填充
5.5.2 概率距离融合算法搜索思想
5.6 本章小结
第六章 高端电脑鼠控制实验
6.1 电脑鼠轮胎摩擦力实验
6.2 电脑鼠红外特性实验
6.3 电脑鼠速度响应实验
6.3.1 直线速度测试实验
6.3.2 旋转速度测试实验
6.3.3 直线速度和旋转速度联合实验
6.4 电脑鼠位置响应实验
6.4.1 直线位置测试实验
6.4.2 转弯位置测试实验
6.5 算法对迷宫搜索效率实验
6.6 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢
本文编号：3993371
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