【硕士论文】智能小车运动控制系统研制.pdf

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1、论文题目：智能小车运动控制系统研制专业：控制理论与控制工程硕士生：董刚指导教师：杜京义摘要本文主要完成了智能小车运动控制系统的研制。在小车的硬件设计中，将两台直流电机设计在两主动轮上，采用了两轮差动控制的方法。以LPC2368为核心搭建了智能小车的控制系统的硬件平台，通过光电码盘、防碰开关、超声波传感器等来实现智能小车的多种功能。根据智能小车的实际车体，对其进行了运动学的分析并建立了相关的数学模型，为优化对智能小车的控制奠定了理论基础。在轨迹控制算法中，推导出了机器人小车行走中主动轮与行走轨迹的位置关系，推导出了机器人小车的实时位置，建立小车的方位数学模型，设计了相应的模糊控制

2、器。针对小车的轨迹控制，分别使用了模糊控制器和传统PID控制器进行MATIab仿真，通过仿真结果说明了在智能小车轨迹控制中模糊控制器的优越性。此外，本文还对机器人小车系统中所需的传感器和控制系统的软硬件进行了详细的分析。针对智能小车运动控制系统，本论文的主要工作内容如下：(1)依据动力学原理，分析并建立智能小车的满足不同需求的多种控制模型，为实现最佳控制提供数学模型。(2)对小车的轨迹跟踪问题进行了研究，基于模糊控制原理实现了智能小车的轨迹跟踪，并通过MATlab仿真与传统PID控制做了对比。(3)设计了智能小车控制系统，研制了以ARM7(LPC2368)微处理器为核心的智能小

3、车运动控制硬件平台。(4)为了达N4,车控制的实时性要求，在LPC2368上进行了laC／OS．II的移植，使用嵌入式操作系统实现了控制软件的开发。关键词：移动机器人；模糊控制；嵌入式操作系统；运动控制系统研究类型：应用研究1绪论1绪论1．1移动机器人的发展现状机器人的应用越来越广泛，几乎渗透到所有领域。机器人的发展体现了一个国家技术水平的高低，现代机器人从其诞生到现在，己经发展到了第三代【l】。第一代机器人是示教再现型机器人。它们装有记忆存储器，由人将作业的各种操作要求示范给机器人，使之记住操作的程序和要领。当它接到再现命令时，则自主地再现示教的动作。第二代机器人是装有小型计

4、算机和简单传感器的离线编程的工业机器人。它能感知外界信息和进行“思维”，比第一代机器人更灵活、更能适应环境变化的需要。第三代是智能机器人。智能机器人是“具有感知、思维和动作的机器”。它装有多种传感器，能识别作业环境，能自主决策，具有人类大脑的部分功能，且动作灵活，是人工智能技术发展到高级阶段的产物。移动机器人的研究始于60年代末期，斯坦福研究院(SKI)的NilsNilssen和CharlesRosen等人，在1966年至1972年间研制出了名为Shakey的自主移动机器人【2J。进入20世纪80年代以后，人们的研究方向逐渐转移到了面向实际应用的室内移动机器人的研究，并逐步形成

5、了自主式移动机器人AM_R(IndoorAutonomousMobileRobot)概念。美国国防高级研究计划局(DARPA)专门立项，制定了地面无人作战平台的战略计划。从此，在全世界掀开了全面研究室外移动机器人的序幕，如DARPA的“战略计算机”计划中的自主地面车辆(ALV)计划(1983--一1990)，能源部制订的为期10年的机器人和智能系统计划(RIPS)(1986---1995)，以及后来的空间机器人计划；日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划；欧洲尤里卡中的机器人计划等。初期的研究，主要从学术角度研究室外机器人的体系结构和信息处理，并建立实验系统进行验证。虽然由

6、于80年代对机器人的智能行为期望过高，导致室外机器人的研究未达到预期的效果，但却带动了相关技术的发展，为探讨人类研制智能机器人的途径积累了经验，同时，推动了其它国家对移动机器人的研究与开剔弘7。。进入90年代，随着技术的进步，移动机器人开始在更现实的基础上，开拓各个应用领域，向实用化进军。美国NASA研制的火星探测机器人索杰那于1997年登上火星，这一事件向全世界进行了报道。为了在火星上进行长距离探险，又开始了新一代样机的研制，命名为Rocky7，并在Lavic湖的岩溶流上和干枯的湖床上进行了成功的实验。德国研制了一种轮椅机器人，并在乌尔姆市中心车站的客流高峰期的环境和1998

7、年汉诺威工业商品博览会的展览大厅环境中进行了实地现场表演。该轮椅机器人在公共场所拥西安科技大学硕士学位论文挤的、有大量乘客的环境中，进行了超过36个小时的考验，所表现出的性能是其它现存的轮椅机器人或移动机器人所不可比的。这种轮椅机器人是在一个商业轮椅的基础上实现的【8捌。2004年，美国的火星车“勇气”号和“机遇”号登上火星，并且圆满完成了预期的探索任务：每辆火星车都需要至少工作90个火星日(约相当于地球上的92天)，在火星上行驶总里程至少达到600米，至少造访8个不同地点，必须拍下周围环境