基于多源信息融合的机器人控制模态设计

发布时间：2017-07-18 13:20

  本文关键词：基于多源信息融合的机器人控制模态设计

  更多相关文章： 轮式移动机器人 多源信息融合 模糊逻辑 PID控制 行为模态

【摘要】：随着机器人技术的发展,人们希望机器人可以更好的理解环境、感知自身状态,从而更可靠的进行推理决策和行为控制,这就要求在机器人设计中应用多种传感器以获取多方面的信息。如何有效的分析和处理多传感器的信息,使机器人做出可靠的推理决策已成为机器人研究的重点之一。推理决策的结果还需通过运动执行机构予以实现,因此运动控制系统是机器人设计时必须要考虑的。本文以轮式移动机器人作为研究对象,对信息融合、推理决策、运动控制和行为模态进行了研究分析和设计。本文自主集成制作了一款轮式移动机器人平台作为分析和实验的对象,文章首先对该平台进行了运动学分析,讨论了它的运动性能,然后在该性能的限制内提出该平台系统的设计目标,之后结合设计目标给出传感器的选型,并设计控制系统的电路,完成从部件到系统的整合。为了更有效的处理多个传感器的信息,本文研究了多源信息融合技术并将其应用于自制机器人系统中,具体采用的方法是模糊逻辑方法。在对模糊逻辑方法进行研究分析后,给出模糊信息融合的一般过程和各步的实现方法,然后将该方法具体应用在轮式移动机器人避障导航行为的推理决策中,并结合具体参数进行推理计算,得出本系统的模糊蕴含关系。运动控制系统是机器人做出各种动作的基础。自制机器人采用直流电机四轮驱动方式,系统的非线性特性非常明显,建立精确的数学模型很困难,所以适合采用PID控制技术。本文在PID基本原理的基础上,结合本系统的特性设计了可行的控制算法。然后运用此算法进行实物实验,实验结果表明该控制算法能够取得比较好的效果。最后,为了使系统的推理决策层和运动执行层更好的结合,本文将模糊推理输出的导航控制角的论域进行了分割,并对自制机器人的运动性能进行了实验分析,在此基础上设计了该机器人的基本行为模态,给出了各个模态对应的具体参数。本文最后对自制机器人系统进行了软件体系设计,分析和设计了各个子程序模块的功能流程图,并编写C语言代码进行实际实验,验证了本文所用方法的可行性。
【关键词】：轮式移动机器人 多源信息融合 模糊逻辑 PID控制 行为模态
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 选题研究背景及意义9-10
• 1.2 国外与国内研究现状10-11
• 1.3 论文的主要工作及结构11-13
• 1.3.1 论文的主要工作11-12
• 1.3.2 论文的结构12-13
• 2 轮式移动机器人平台系统设计13-26
• 2.1 平台运动性能13-16
• 2.1.1 平台物理结构与尺寸13
• 2.1.2 运动学分析13-16
• 2.2 系统设计目标16-17
• 2.3 轮式移动机器人传感器系统的组成17-21
• 2.3.1 超声传感器17-18
• 2.3.2 红外传感器18-19
• 2.3.3 光电编码器19
• 2.3.4 GPS19-20
• 2.3.5 电子罗盘20-21
• 2.4 轮式移动机器人控制系统电路设计21-25
• 2.4.1 MCU最小系统电路设计21-22
• 2.4.2 电机驱动电路设计22-23
• 2.4.3 电源电路设计23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 基于模糊逻辑的多源信息融合及在机器人决策中的应用26-46
• 3.1 多源信息融合技术概述26-27
• 3.2 多源信息融合的结构27-28
• 3.3 多源信息融合的常用方法28-29
• 3.4 基于模糊逻辑的多源信息融合方法29-36
• 3.4.1 模糊逻辑理论概述30-31
• 3.4.2 模糊控制器的组成31
• 3.4.3 模糊多源信息融合的一般过程及实现方法31-36
• 3.5 模糊多源信息融合在机器人推理决策中的应用36-45
• 3.5.1 确定输入输出变量及相应的隶属度函数36-40
• 3.5.2 机器人与障碍物相对位置情况划分40-41
• 3.5.3 确定模糊规则库41
• 3.5.4 模糊推理及结果41-45
• 3.6 本章小结45-46
• 4 轮式移动机器人运动控制及行为模态46-56
• 4.1 机器人运动控制与PID控制器46-49
• 4.1.1 运动控制概述46
• 4.1.2 PID控制技术基本原理46-47
• 4.1.3 数字PID与实用算法47-49
• 4.2 轮式移动机器人车轮速度的调节49-53
• 4.2.1 具体控制算法和调参方法49-51
• 4.2.2 调参实验结果与分析51-53
• 4.3 行为模态与参数计算53-55
• 4.3.1 极限运动性能参数的测定53-54
• 4.3.2 行为模态的划分54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 轮式移动机器人软件体系设计56-64
• 5.1 软件体系结构及功能流程56-57
• 5.2 软件体系各子程序模块设计57-63
• 5.3 现场实验与结果63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-68
• 致谢68-69

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