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全向行驶轮式机器人系统设计与开发

胡鹏  
【摘要】: 现代机器人技术诞生于20世纪40年代,近年来随着计算机、微电子、人工智能、传感器、网络通信等技术的发展,逐渐成为一个多学科交叉的热点研究课题,应用领域也越来越广泛。其中,移动机器人更是因为其在服务、人工智能等领域的价值而备受重视。本文在综合分析了国内外移动机器人研究现状的基础上,设计了一种具有全向轮结构,采用PC+DSP模块化结构、可以任意扩展/裁剪的、具有一定开放性和通用性的机器人系统平台。 本论文的主要工作包括以下方面: 首先进行了机器人的总体结构设计,采用了一种具有两级CPU、分布式控制方式的体系结构,并划分了机器人的硬件系统结构,主要包括:主机决策系统、运动控制系统、电机驱动系统、信息采集系统和无线通信系统。 机械结构方面,讨论了机器人机电性能的技术要求,进行了机器人机械结构的分析与设计,主要包括:全向轮结构的设计、控制电机的选型、机械传动结构设计、电池的选择、车体的设计与材料的选用。 硬件电路设计方面,主要工作包括两级核心控制器的选择(PC+DSP)、基于DSP(TMS320LF2407A)的运动控制系统的设计,电机驱动方式的选择与H桥驱动电路的设计、传感器处理电路的设计、电压转换电路的设计等。 软件平台设计方面,对于下层DSP运动控制系统,介绍了软件控制的总体思想与主程序流程,详细介绍了串口通信、电机速度换算、PI速度控制算法、PWM信号的生成和光电编码器信号的处理等几个程序的设计方法和流程;对于上层PC决策系统,给出了一些基本功能的软件实现,包括运动控制,图像采集和传感器功能检测。 最后总结了本文的研究成果和不足之处,并对移动机器人的研究工作进行了展望。


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