全方位移动机器人控制系统研究与实现

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3、ik~s分类号：TP242密级：公开UDC：单位代码：10076工学硕士学位论文全方位移动机器人控制系统研究与实现

4、作者姓名：赵伟雄指导教师：张永强教授申请学位级别：工学硕士学科专业：计算机科学与技术所在单位：信息与电气工程学院授予学位单位：河北工程大学ADissertationSubmittedtoUniversityofEngineeringFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringTheResearchandImplementationofControlSystemforOmni-directionalWheeledMobileRobotCandidate：Zhao

5、WeixiongSupervisor：Prof.ZhangYongqiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ComputerScienceandTechnologyCollege/Department：SchoolofInformationScienceandElectricalEngineeringHebeiUniversityofEngineeringMay，2016摘要随着移动机器人技术的不断成熟与发展，使用机器人替

6、代人工进行海底侦测、零件加工组装、家庭服务和危险场所救援等领域的应用越来越多，移动机器人在人们的生产和生活各个方面扮演着越来越重要的角色。与传统的轮式移动机器人不同，全方位移动机器人可以在不改变当前姿态的情况下，实现任意方向的运动，并且可以实现零半径的转向，由于其运动灵活度高、机动性强等优点，受到了越来越多研究机构和院校的关注，吸引了越来越多研究人员和学者的参与。论文以RoboMasters2015机器人大赛为背景，研究了基于麦克纳姆轮的四轮式全方位移动机器人，设计了基于STM32的全方位移动机器

7、人控制系统，并围绕移动机器人定位和轨迹跟踪算法进行了深入研究。首先，论文分析了RoboMasters机器人大赛对移动机器人的控制要求，根据移动机器人的机械机构，设计了其系统控制方案，进行了具体器件的选型。接着根据模块化思想，设计了围绕CAN总线网络结构的硬件系统，包括高性能STM32处理器主控板、高精度单轴陀螺仪、电机驱动模块、人机交互系统和摄像头处理模块，为定位和轨迹跟踪等控制算法的实现提供了基础。然后，论文分析了基于麦克纳姆轮的四轮全方位移动机器人的运动学和动力学模型，研究了基于双码盘加单轴陀

8、螺仪的全场定位算法以及贝塞尔曲线在路径规划上的应用，接着在全局定位和轨迹规划的基础上，重点研究了移动机器人的全局轨迹跟踪控制。最后，在完成硬件电路设计和控制算法研究的基础上，论文完成了控制系统的软件设计，在硬件平台的基础上编制了各个模块的软件程序，并对相关算法进行了仿真测试和实物验证。关键词：全方位移动机器人；控制系统；定位；运动规划；轨迹跟踪IAbstractAlongwithmobilerobottechnologycontinuouslyevolvesandmatures,u