基于DSP的移动机器人控制器设计

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移动机器人是现代科学技术的热点研究领域,包含了多个研究分支。其中,移动机器人控制技术致力于构造机器人的“控制中枢”,具有重要的研究意义和应用价值。本文主要涉及基于数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)和嵌入式实时操作系统(Real Time Operating System,RTOS)的机器人控制器的构建,以及基于该控制器的机器人运动平衡、负趋光和避障控制的实现,取得了以下主要的研究结果: 第一,设计了一种基于数字信号处理器和嵌入式实时操作系统的移动机器人控制器。论文分析了TMS320F2812型数字信号处理器和嵌入式实时操作系统μC/0S-Ⅱ的体系结构。在此基础上,构造了一种嵌入式移动机器人控制决策系统。该系统既可独立执行具有一定复杂度的控制任务,又适用于主从式或者分布式控制结构,具有一定的开放性。 第二,基于本文所设计的控制系统实现了倒立摆的运动平衡控制。论文分析了单级直线倒立摆的机电结构及其不同运动阶段的运动特性,然后,利用所设计的控制器应用经典控制理论和现代控制理论实现了倒立摆起摆和稳摆控制。 第三,基于本文所设计的控制器实现了移动机器人避障与负趋光控制。论文分析了《控制论》中关于维纳虫的思想实验。然后,设计了环境信息采集电路,以一个三轮小车为载体实现了移动机器人的负趋光和避障控制。 本课题研究得到了国家自然科学基金(60375017)、北京市人才强教计划的支持。基于本课题的研究工作所撰写的两篇学术论文《嵌入式移动机器人控制器设计》、《基于DSP的倒立摆控制系统设计》已分别被中文核心期刊《计算机工程与应用》和《控制工程》录用,并取得了软件著作权一项,所申请的一项实用新型专利已通过初审。
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