智能移动机器人综合平台控制研究

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智能移动机器人综合平台包括复杂环境监测,路径规划,动作执行以及人机互动等功能,同时它也是机器人科学领域内的主要研究对象之一。本论文立足实际的科研项目,围绕智能移动机器人综合平台的构建、多路电机综合控制、多传感器数据采集、姿态数据融合和嵌入式系统设计等方面内容进行了深入的设计研究,并重点解决了智能移动机器人的运动控制、姿态精确检测、人机交互等问题。通过对国内外智能移动机器人综合平台的发展过程进行归纳梳理,在总结多种嵌入式微控制器的特性与功能基础上,根据智能移动机器人综合平台的项目需求,基于ARM9的S3C2440微控制器作为核心,采用模块化设计思想确定了智能移动机器人综合平台的总体硬件设计方案,并重点考虑和设计了采用总线控制方式下的姿态检测模块与距离检测模块的控制和数据处理问题的方法。软件平台基于开源免费且稳定可移植的嵌入式Linux系统,设计并建立了系统开发环境,同时有效地进行了Bootloader引导程序的制作、系统内核的剪切与应用开发程序的连接。分析了用于驱动移动平台直流无刷电机的控制模型,并应用PWM控制方式以及结合PID的调节原理构建了平台的运动控制系统。详细分析了运动系统姿态解算与数据融合问题,基于欧拉定理,在机体坐标系,建立了运动姿态描述方程,并重点针对姿态检测模块存在多传感器数据融合的问题,提出了基于四元数的互补滤波法能够获取稳定的姿态值的方法,较好地解决了数据的准确获取问题。通过三轴姿态信息检测实验、六路超声波测距实验以及电机转速控制实验等,验证了所采用的控制方法可行,所提出的四元数互补滤波法适用于三轴姿态的信息处理过程,保证了平台整体性能指标均满足设计要求,为进行智能移动机器人综合平台的再研究奠定了基础。
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