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《西北农林科技大学》 2003年
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面向RoboCup中型组的足球机器人移动平台驱动控制系统研究

楚坤水  
【摘要】: RoboCup中型组足球机器人,是当今机器人足球研究的一个热点。机器人足球将知识性和娱乐性融为一体,提供了一个展示高科技成果的形象化窗口。中型组足球机器人赛代表目前RoboCup领域的最高水平,参赛机器人采用全自主移动机器人作为底层平台。一个表现优秀的足球机器人,其底层移动平台必须具有良好的运动特性,而平台的驱动控制系统则是其中的一个关键部分。目前国内外移动机器人平台通常采用传统的伺服电机作为驱动部件,存在结构复杂,价格昂贵,自重较大等问题,不能很好地满足足球机器人系统的需要。此外,足球机器人和多用途移动型服务机器人在结构上有一定的相通之处,而拥有巨大潜在市场的服务机器人迟迟不能走进人们的日常生活的原因之一就是价格因素。因此,对传统的移动机器人驱动控制结构加以改进,开发出一种高性能、低成本的足球机器人移动平台,不但是机器人足球事业发展的需要,也是人们生活水平不断提高的迫切需求。 本文就RoboCup中型组足球机器人的驱动和控制系统做了深入的研究。在机器人底层平台的伺服驱动部分,用普通的直流电机加上磁性编码器(码盘)取代昂贵的伺服电机系统,成功实现电机的闭环控制。由此带来的机器人性价比的提高,使研究成果产业化成为可能。在机器人驱动控制方式上,对传统的两轮差动控制结构进行了改进,提出两差动轮、一导向轮三轮协调控制的新思想。 在机器人驱动控制系统的硬件设计部分,实现了PWM全数字控制的全H桥式多电机驱动电路,它不但具有经济、节约空间、抗噪能力强的优点,而且有效地消除了电机静态摩擦死区,低速平稳性好。在基于DSP和CPLD控制电路的设计上,采用TMS320LF2407作为机器人驱动电机数字化控制器,实现对左右驱动轮电机和导向轮电机的PWM控制。在电机的控制算法上,采用智能PID控制算法,略去复杂系统建模的步骤,缩短了系统的开发时间,而且大大提高了控制系统的智能水平。足球机器人的本体结构是其临场表现的最终执行机构,本文在机器人的电机、电源选择,空间布局,以及射门机构设计方面也做了一定的研究。 足球机器人驱动控制系统的实时性和鲁棒性是决定其性能优劣的决定因素,一定条件下的自适应能力也是决定其智能水平的一项重要指标。在文章的最后部分,对足球机器人的基本避碰、避障功能,以及射门技能,进行了实验和比赛。结果表明,机器人具有较好的环境适应能力。同时,这些结果从另一方面也验证了驱动控制系统设计的可靠性和灵活性。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TP242

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