機械專業(yè)外文文獻翻譯-外文翻譯--一種全方位移動機器人的控制設(shè)計 中文版

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小議一種全方位移動機器人的控制設(shè)計 來源 :中國碩士論文網(wǎng) 動機器人的研究是機器人學(xué)中的一個重要分支，正朝著高速、高精度、開放性、智能化、網(wǎng)絡(luò)化快速發(fā)展。移動機器人要實現(xiàn)高速、高精度的控制，必須依賴先進的控制策略和優(yōu)良的運動控制系統(tǒng)。本文所述機器人基于 球機器人這個平臺，采用 為機器人微處理器，采用模糊 制算法控制 的占空比，以實現(xiàn)在動態(tài)環(huán)境下快速準(zhǔn)確到達目標(biāo)點的功能。 輪式移動機器人由于結(jié)構(gòu)簡單、移動能力強，得 到了廣泛的應(yīng)用。按照移動特性可分為非全方位和全方位兩種。機器人在平面上的移動存在前后、左右和自轉(zhuǎn) 3 個自由度的運動，若所具有的自由度少于 3 個，則為非全方位移動機器人，如文獻介紹的兩輪差動移動機器人，可以前進、拐彎而不能橫向移動。若具有完全的 3 個自由度，則稱為全方位移動機器人，可實現(xiàn)在平面上任意方向的移動，并且可在作直線運動的同時進行旋轉(zhuǎn)運動，因而極大地提高了運動的靈活性?；谝陨戏治?，全方位移動的輪式移動機器人成為足球機器人 臺的最佳選擇。相關(guān)閱讀： 計算機碩士論文 1. 機器人運動模型 機器人能夠全方位運動關(guān)鍵在于全方位輪的使用，全方位輪有效避免了普通輪子不能側(cè)滑帶來的非完整性約束，可以使機器人具有平面運動的全部 3 個自由度。本文所述全方位移動機器人采用三輪結(jié)構(gòu)。 當(dāng)僅考慮平移運動，把機器人整體視為一個剛體，各部分的速度都是相等的，從而輪子中心的速度即為機器人的速度 V，第 i 個輪子中心的速度由輪轂與輥子的速度分量 成。 綜上可以得出 結(jié)論當(dāng)機器人安裝有三個全方位輪且輪子與 m x 軸成不同的角度排列時，對于機器人任意的期望速度矢量 v ,都有滿足要求的全方位輪線速度矢量 m ，從而機器人可以實現(xiàn)全方位運動。 2. 運動控制器設(shè)計 針對目前所開發(fā)的移動機器人控制系統(tǒng)大多存在運動精度不高、系統(tǒng)穩(wěn)定性不好等缺點，本文設(shè)計的移動機器人控制系統(tǒng)，采用了 司最新推出的一種高性能、高精度，應(yīng)用于工業(yè)控制、光網(wǎng)絡(luò)、光通信等領(lǐng)域的 32 位 主控芯片。 本控制系統(tǒng)主要包括： 制器模塊、電源模塊、直流電機驅(qū)動模塊 、串口通信模塊、速度和電流反饋模塊等。其中速度和電流反饋模塊實現(xiàn)了對電機的雙閉環(huán)反饋。 本系統(tǒng)使用外部基準(zhǔn)晶體與片內(nèi)鎖相環(huán)為 供輸入時鐘信號，晶振頻率為 30 4 倍頻后達到 120處理速度，它具有時鐘精度高、穩(wěn)定性好、處理能力快等特點。 出三組六路獨立的 號對電機進行控制， 上位機之間通過串行通信接口 行通訊，傳輸上位機指令、反饋速度信號及傳感器數(shù)據(jù)。 在設(shè)計中，為了簡化電路，常采用集成有橋式電路的電機專用驅(qū)動芯片，如能比較穩(wěn)定可靠。 擁有兩個相互獨立的橋式電路的驅(qū)動芯片。其單橋持續(xù)電流可達 許兩路并聯(lián)輸出（持續(xù)電流可達 由于本設(shè)計中所選 用電機，最大電流可達 5A，因此最終選用了工作電流較大的 為驅(qū)動芯片。系統(tǒng)采用 速，通過改變占空比實現(xiàn)對電機速度的控制。 該控制系統(tǒng)軟件部分主要包括系統(tǒng)初始化模塊、串行中斷服務(wù)模塊、外部中斷處理模塊、定時器中斷處理模塊、模糊 制控制模塊五大模塊組成。各程序模塊又由多個子程序模塊組成。系統(tǒng)初始化模塊完成系統(tǒng)寄存器的設(shè)置和變量的初始化工作；外部中斷處理模塊根據(jù)根據(jù)編碼器檢測的信號，進行辨向和脈沖計數(shù)；定時器中斷處理模塊根據(jù)檢測到的脈沖數(shù)、電流等信息進行速度控制、位置控制和電流控制；串行中斷服務(wù)模塊根據(jù)上位機指令所給的信息完成 上位機的通訊。 4. 控制算法 制器具有通用性強與魯棒性好的優(yōu)點，在已有的各種控制手段中，它仍占有重要地位，具有很強的生命力。常規(guī) 制可以在一定程度上獲得滿意的響應(yīng)特性，但 由于系統(tǒng)參數(shù)固定，對于不同對象或同一對象的不同控制階段，很難取得最佳響應(yīng)，對環(huán)境的變化及系統(tǒng)中的不確定性也很難適應(yīng)。 本文所設(shè)計的模糊 制器，亦可稱為模糊自適應(yīng) 制器，是以模糊控制規(guī)則來實時調(diào)節(jié) 數(shù)的一種自適應(yīng)控制系統(tǒng)。這種控制器是由一個線性的 制器和一個模糊推理機所組成，其中模糊推理機是以 數(shù)調(diào)整地專家經(jīng)驗知識為基礎(chǔ)的。 對于模糊控制器，從理論上講，維數(shù)越高，控制越精細；但是，維數(shù)過高時，模糊控制規(guī)則就會變得過于復(fù)雜，控制算法的實現(xiàn)相當(dāng)困難。結(jié)合輪式移動機器人的實際情況，本文采用二維模糊控制器，以誤差 e 和誤差變化率 △ e 為輸入變量，以所控 數(shù)的選取系數(shù)作為輸出變量。本文將輸入變量模糊化為為負大（ 負?。?零（ 正?。?正大（ 個等級，將輸出變量模糊化為正大（ 正?。?零（ 個等級。為保證電機的可靠運行，同時使計算簡單，采用三角函數(shù)作為模糊控制器輸入集合和輸出集合的隸屬度函數(shù)。 個參數(shù)選取的模糊規(guī)則的確定則主要根據(jù)其對控制性能的影響。由模糊控制規(guī)則求得 者的模糊值后，便可根 據(jù)隸屬函數(shù)求得具體的 數(shù)，用于 制。 5. 應(yīng)用和結(jié)論 該設(shè)計足球機器人參加了 08 江蘇省以及在中山舉辦的 器人大賽，在實際比賽中發(fā)揮了良好的水平。本文基于合理的理論假設(shè)，分析了機器人的運動模型，介紹了基于 制器的足球機器人運動控制的實現(xiàn)，并通過實際應(yīng)用證明了設(shè)計的有效性和實用性。 這種機器人運動控制的實現(xiàn)方法對全方位移動機器人有一定的普適性。因采用編碼器進行電機的位置判別和對位置閉環(huán)控制的實現(xiàn)比較困難，今后可加入位 置傳感器，實現(xiàn)對機器人的精確位置控制。