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随着科学技术的不断发展,机器人将会越来越多地被应用于工业、农业、国防等领域中,轮式移动机器人就是机器人学的其中一个重要的分支,由于它本身具有一个更大的灵活性已经成为目前机器人技术研究的一个热点。
这些年来,轮式移动机器人无论是在理论研究还是实际应用中都得到了越来越为广泛的关注,相关的理论成果和研究产品不断出现。在对轮式移动机器人的研究理论课题中,其中路径规划和轨迹跟踪控制问题占据了相当重要的地位,然而轨迹跟踪控制问题研究让四轮移动小车成为了轨迹控制理论的研究和实践的对象,因而使四轮移动小车在控制领域具有相当高的研究价值。
本文主要对四轮移动小车的运动轨迹控制部分进行研究,采用模糊控制方法,控制各个电机的功率和转向,实现四轮小车转速较大范围误差调节,加快了电机启动速度,达到控制平滑和节能的目的,使运动控制系统兼顾了实时性高、稳定性等设计要点;并可通过模糊控制规则库的扩充,提高小车的灵活性。对运动状态进行闭环控制,通过测量脉冲数检测小车是否按所接受指令运动,以达到一定的控制精度,保证小车运动达到预期目的。
本文主要内容:首先简单概述了国内外移动机器人研究和应用现状,当前轮式移动机器人的技术发展状况;讨论了轮式移动机器人设计的基本理论知识和控制问题,建立了移动机器人的动力学和运动学模型,阐述了四轮移动小车系统结构、设计参数的选取,以及四轮小车运动控制协调的问题。接着重点介绍了四轮小车的电机驱动系统总体控制方案和硬件设计;按照模块化的思路,依次详细介绍了系统控制芯片AT89s52的主要功能及连接、驱动系统的电源模块、串口模块、A/D转换模块等的设计;阐述了轮式移动机器人轨迹跟踪控制现状,研究了轮式移动机器人轨迹跟踪控制,详细介绍了模糊控制基本原理,分析了模糊控制器的组成和设计,探讨了模糊策略在速度控制中的应用。最后全面分析了小车控制系统,研究了小车速度和角速度的计算方法,详细介绍了小车控制系统主程序和子程序的设计;对小车进行实验测试,并记录相关数据,对相关算法和设计进行改进,使小车运动轨迹达到预期的效果。