【摘 要】
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移动机器人是机器人领域的一个重要方向。随着技术的发展,移动机器人系统变得越来越复杂,导致了移动机器人的开发难度变得越来越大。这就迫切地要求提高移动机器人系统的模块化程度和复用率。开发设计一款可供多种开发用途、模块化和复用率较高的移动机器人平台能够有效的提高移动机器人研发周期,对移动机器人的发展具有重要意义。本文以ROS为基础设计了一款可适用于多种应用场景的移动机器人平台,主要内容包括如下几个方面:
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移动机器人是机器人领域的一个重要方向。随着技术的发展,移动机器人系统变得越来越复杂,导致了移动机器人的开发难度变得越来越大。这就迫切地要求提高移动机器人系统的模块化程度和复用率。开发设计一款可供多种开发用途、模块化和复用率较高的移动机器人平台能够有效的提高移动机器人研发周期,对移动机器人的发展具有重要意义。本文以ROS为基础设计了一款可适用于多种应用场景的移动机器人平台,主要内容包括如下几个方面:首先对常见的移动机器人功能和研究热点问题进行分析,确定移动机器人平台的设计需求与各项参数;然后根据设计需求对移动机器人平台控制系统的基础功能和扩展功能进行设计;接着根据控制系统设计需求,确定了控制系统的方案,总体采用上下位机的结构,下位机采用MCU+FPGA的结构,在上下位机之间采用RS485总线进行通信。根据设计需求,对移动机器人的结构和控制系统硬件进行设计与选型,包括轮系布局、轮系设计计算、运动学分析、控制系统关键元器件与传感器选型、下位机原理图与PCB设计等,最后完成移动机器人平台本体的装配与PCB的焊接。在完成移动机器人平台本体与硬件设计的基础上,对控制系统软件进行设计。首先根据上下位机和所要实现的功能的特点,确定上下位机分别要实现的功能和软件结构。在上位机中将每个功能划分到一个单独的ROS节点中,使用C++编程语言进行实现,并将日志数据与激光雷达数据储存在MYSQL数据库中;在下位机中,使用C语言对MCU进行配置与开发,使用Verilog HDL对FPGA进行开发。实现了移动机器人平台的姿态解算、上下位机通信、脉冲输出等功能。最后对移动机器人平台的姿态定位部分程序进行测试,得到系统计算的移动机器人的姿态与实际姿态之间的差值,并根据测试结果对程序进行修正。
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