基于多传感器信息融合轮式机器人设计

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1、摘要轮式移动机器人是一种可以通过传感器感知周围环境和自身状态，并利用所得到的信息实现定位、路径规划和自主导航的机器人系统。它集传感器技术、电子技术、机械理论和控制理论于一身，它的出现对军事、科学研究、工业生产和日常生活都产生了深远的影响。本文在轮式机器人系统的设计中通过采用多传感信息融合技术，实现了其定位、路径规划和自主导航三大功能。本课题的主要工作如下：(1)机械结构设计：设计了一种可实现四自由度并联机构的机器人身体和一种能辅助实现机器人整体运动的底盘。(2)驱动部分设计：包括舵机驱动和直流电机驱动的硬件电路设计。(3)控制算法的研究：采用多传感器信息融合技术，通过

2、理论分析最终确定了机器人的最优运动控制方案，为软件设计提供了算法基础。(4)控制系统的设计：控制系统分为硬件电路的设计、软件编写及系统调试三个部分。其中硬件电路核心控制器为AVRl280单片机，外围电路设计包括电源模块、信息采集、数据通讯、键盘显示及接口扩展等部分；软件部分的开发环境是AVRStudio4．0，外加GCCAVR以支持C语言编写，软件采用模块设计方法降低了代码的重复率，提高了开发效率；通过系统的软硬件调试，实现了机器人运动控制、传感器信息采集、各模块间的数据通讯、电机驱动和接口扩展等功能。系统设计完成后，进行了实际测试，结果表明机器人可以在半径范围为40

3、～lOOcm的圆周上自主运行并能够灵活调整轨道半径；当机器人接近擂台边缘约5cm时会自动检测边缘位置并根据自身的姿态情况及时调整运动方向。该系统运动控制性能稳定，能够在给定的测试环境下实现轮式机器人运动路径的精确控制。关键词：定位；路径规划；自主导航：模块化设计；多传感器融合；轮式移动机器人AbstractAbstractWheeledmobilerobotiSakindofrobotsystemthatcansensetheenvironmentandtheirownstatus，andUSetheinformationobtainedtoachievelocali

4、zation．pathplanningandautonomousnavigation．Itcombinessensortechnology，electronictechnology，mechanicaltheoryandcontroltheoryinone，anditCanbringgreatinfluencetothemilitary，thescientificresearch，industrialproductionandoureverydaylife．Inthispaper，multi-sensorinformationfusiontechnologyisuse

5、dtodesignthewheeledrobotsystembyusingitslocalization，pathplanningandautonomousnavigationofthreefunctions．Themaintopicsareasfollows：(1)mechanicaldesign：designofaparallelmechanismtoachievefourdegreesoffreedomrobotbodyandarobotcouldhelpachievetheoverallmovementofthechassis．(2)Drivepartofth

6、edesign：includingscrvodrivesandDCmotor-drivenhardwaredesign．(3)controlalgorithm：111emulti-sensorinformationfusiontechnology，ultimatelydeterminedbytheoreticalanalysisoftheoptimalrobotmotioncontrolsolutionsforsoftwaredesignbasedonthealgorithm．(4)controlsystemdesign：thecontrolsystemisdivid

7、edintohardwaredesign，softwaredevelopmentandsystemdebuggingthreeparts．ThehardwarecircuitfortheAVRl280microcontrollercorecontroller，theextemalcircuitdesign，includingpowermodules，dataacquisition，datacommunication，keyboardanddisplayandinterfaceextensionsandotherparts；softwaredevelo