四驱轮式移动机器人运动控制系统研究与设计

发布时间：2017-05-09 05:45

  本文关键词：四驱轮式移动机器人运动控制系统研究与设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：相比于传统工业机器人,轮式移动机器人在运行过程中存在着各种不确定性因素与外界环境的干扰。因此,基于确定模型的控制律在实际应用中具有较大的局限性,从而会影响整个运动控制系统的稳定性。因此研究复杂环境下轮式移动机器人运动控制器的设计与分析,是现今机器人自动控制领域的热点问题。本文以四轮驱动的移动机器人为研究对象,设计了一种基于反步法的鲁棒轨迹跟踪控制律,以改善轮式移动机器人的运动控制精度。本文首先在四驱轮式移动机器人机理的基础上,建立了包括运动学模型、动力学模型以及驱动电机模型的轮式移动机器人数学模型。然后,针对运行环境结构已知的轮式移动机器人,在反步法控制原理的基础上,设计了基于运动学模型的轨迹跟踪控制律,并通过仿真验证该控制律的有效性;对于运行环境复杂的轮式移动机器人,在综合考虑其数学模型的前提下,设计了基于反步法的鲁棒轨迹跟踪控制律,并在MATLAB中与常规PID控制进行了仿真比较,仿真结果验证了所设计的控制律具有较好的精确性和稳定性。在上述研究的基础上,对四驱轮式移动机器人进行研究设计,主要包括机器人的机械构架、控制系统、硬件系统和软件系统。最后,通过对系统的测试,验证了所设计运动控制系统的有效性。
【关键词】：移动机器人 运动控制 反步法 鲁棒控制
【学位授予单位】：上海电机学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 轮式移动机器人的研究现状11-18
• 1.2.1 轮式移动机器人的研究内容11-15
• 1.2.2 国内外轮式移动机器人的研究现状15-17
• 1.2.3 轮式移动机器人运动控制的研究现状17-18
• 1.3 研究内容及章节安排18-20
• 第二章 轮式移动机器人的数学模型20-29
• 2.1 运动学模型20-25
• 2.1.1 直线运动23-24
• 2.1.2 原地自旋转运动24
• 2.1.3 圆弧运动24-25
• 2.2 动力学模型25-26
• 2.3 驱动电机模型26-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第三章 四驱轮式移动机器人运动控制策略及其优化29-44
• 3.1 基于运动学模型的轨迹跟踪控制29-34
• 3.1.1 反步法控制29-32
• 3.1.2 轨迹跟踪控制律设计32-34
• 3.2 基于运动学模型轨迹跟踪控制律的仿真与分析34-36
• 3.2.1 直线轨迹跟踪34-35
• 3.2.2 圆形轨迹跟踪35-36
• 3.3 基于反步法轨迹跟踪控制策略优化36-40
• 3.3.1 鲁棒控制36-37
• 3.3.2 基于反步法的鲁棒轨迹跟踪控制设计37-40
• 3.4 基于反步法的鲁棒轨迹跟踪控制仿真结果与分析40-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 四驱轮式移动机器人运动控制系统设计44-60
• 4.1 四驱WMR机械构架44-45
• 4.2 四驱WMR运动控制系统的总体方案45-48
• 4.3 四驱WMR运动控制系统硬件设计与实现48-54
• 4.3.1 主控制器模块48-49
• 4.3.2 驱动执行模块49-51
• 4.3.3 传感器模块51-53
• 4.3.4 人机交互与电源模块53-54
• 4.4 四驱WMR运动控制系统软件设计总体方案54-55
• 4.5 软件设计各模块的实现55-59
• 4.5.1 运动控制策略及人机交互模块55-57
• 4.5.2 控制信号传输及超声波传感器模块57-58
• 4.5.3 CAN总线通信模块58-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第五章 系统测试结果与分析60-69
• 5.1 伺服驱动器的电机闭环测试60-61
• 5.2 整机简单运动测试61-67
• 5.3 轨迹跟踪实例67
• 5.4 本章小结67-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果76

【参考文献】

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本文编号：351838