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通用擦窗机器人控制系统体系结构的研究和实现

李开生  
【摘要】: 本文针对灵巧擦窗机器人的多驱动、可构形双车体的特点,提出了一种“单元结 构、分布智能”概念的完全分布智能式机器人体系结构,并且,在此基础上对灵巧擦 窗机器人控制系统的实现结构、全局规划、运动学模型、镇定和跟踪、分布式软件结 构和实现、硬件系统的研制等方面的问题进行了深入的研究。 第一,针对灵巧擦窗机器人多驱动移动载体,同时考虑了对移动类机器人的广泛 适应性,提出了一种“单元结构、分布智能”概念的完全分布智能式机器人控制系统 体系结构模型,这种结构的单元模型为智能体,简称单元智能体。建立了基于决策-行 为单元智能体和多决策-行为单元智能体分布结构的SPN模型,并且采用马尔科夫链分 析和比较了几种主要分布结构的性能。 第二,针对擦窗、扫地和除草等类型的移动机器人运动的特点,提出了“遍历” 运动和“遍历”规划的概念,给出了随机“遍历”规划和完全遍历规划的定义、数学 描述方法和性能指标评价函数。设计了灵巧擦窗机器人遍历运动规划控制器。 第三,建立了面向控制的灵巧擦窗机器人—可构形双车体运动学模型,推导了该 机器人的非完整约束方程。在此基础上,研究了灵巧擦窗机器人的镇定问题,并且给 出了一种路径跟踪控制算法。 第四,建立了灵巧擦窗机器人单边履带速度系统的数学模型,给出了数学模型中 各参数的计算数据。提出了变M/T测速原理和实现方法。设计了单边履带速度系统的 闭环速度跟踪控制器。 第五,提出了基于CAN网的完全分布式机器人控制系统软件结构,研制开发了基 于CAN总线和80C592单片机实现的灵巧擦窗机器人控制系统。 第六,讨论了风机负压控制原理,详细总结了风机负压控制规则,开发了滑动密 封吸盘负压模糊控制算法。 最后,对灵巧擦窗机器人进行了实验研究,实验结果验证了理论分析的正确性和 样机系统的可行性。


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