足球机器人运动控制算法研究及控制系统设计

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本文主要介绍了对四轮足球机器人运动控制算法的研究。首先,本文建立了四轮全向足球机器人运动学和动力学模型。通过对机器人运动学和动力学模型的分析,对其控制方程进行合理简化,提出了四轮全向足球机器人的运动控制算法。该算法可以对机器人同时完成位置控制和速度控制,并且控制时间最优。该算法分为两个部分:机器人速度轨迹生成算法和机器人速度轨迹跟随算法。机器人速度轨迹生成算法基于开关控制(又称bang-bang控制)原理,它根据机器人当前位置、当前速度、目标点位置和目标点速度,生成一条从“当前点”到“目标点”的时间最优的速度轨迹。机器人速度轨迹生成算法利用模糊PID复合算法实时控制机器人四组驱动轮速度。通过四组驱动轮的速度矢量合成,使得机器人跟随设定的速度轨迹。实验表明该速度控制算法完全满足控制足球机器人运动快速、准确、灵活的控制要求。 本文还对四轮足球机器人的控制系统进行了研究和设计。控制系统采用主-从式双DSP为核心的设计方案。系统中,主DSP对从DSP进行管理和控制、双DSP配合,完成速度跟随控制、无线通讯、传感器数据读取等任务。该方案和传统方案相比,更加稳定、实用、可靠,功能更强。 本文还介绍了作者在100×100mm微小型越障机器人控制上的研究工作。微小型越障机器人的控制系统由决策级、行为级和执行级三个层次组成。本文对行为级和执行级进行了重点研究。行为级包括越障机器人的行进、越障、自恢复控制。执行级使用PID控制方法来进行前、后摆臂角度进行控制,使用模糊PID复合算法对左、右履带进行速度控制。越障机器人行进行为控制和执行级的控制部分移植了足球机器人的运动控制算法。本文着重对两者的差异和算法的变动进行了叙述。
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