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移动机器人是一门新兴的交叉学科,有着广阔的发展和应用空间。它涉及机械、传感器技术、计算机、运动控制等多门学科,是理论研究和模型分析的良好平台。本文以一类基于视觉反馈的寻线机器人为研究对象,实现了该机器人基于视觉反馈的自主导航,在复杂道路上表现了较好的实时性和鲁棒性。
本文在Cortex-M3内核的ARM处理器上设计了数字图像采集与处理模块,并使用该处理器内部PWM模块直接控制舵机和行进电机H桥驱动电路以构成运动控制模块。以这些模块构成的系统集成度高,简化了软硬件设计,提高了系统的可靠性,减轻了设计工作量,做到了小型化和低成本。在此基础上,文章重点是从软件上提高系统的性能,主要包括图像相关的实时处理算法设计和运动控制算法设计。
图像算法部分,本文介绍了图像处理以及图像特征点获取的方法,并结合实验提出了图像特征同速度设定值以及方向转角设定值之间的关系,使机器人能实时地根据环境来决定运动方式,具备一定决策能力。
运动控制算法部分,本文主要讨论了转角控制的方法和速度控制的方法。针对移动机器人运动系统模型,比较了Bang-Bang控制、数字PID控制等控制方法,设计了一种自适应控制算法,在比较各种算法控制特点和效果后,根据实际需要设计了一种混合控制算法。
最终实验表明该系统可靠性高,设计的智能算法实时性好并且容易实现,保证了移动机器人在一定条件下能根据道路形状的变化及时调整速度和方向的控制策略,表现出控制效果好,反映灵敏,环境自适应能力强的特点。