三轮全向移动机器人运动控制研究

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1、摘要足球机器人涉及到多学科、多领域，为研究多智能体系统、人工智能等理论提供了一个很好的研究平台，引起了越来越多的科研机构和大专院校的关注，也吸引了越来越多的科研人员和学者的参与。论文主要对RoboCup中型组足球机器人一一三轮全向驱动机器人的运动控制进行了研究。首先建立了三轮全向移动机器人非线性系统模型，通过分析它的运动特性，采用基于运动学模型的分层控制方案实现机器人的运动控制。为了验证底层运动控制系统和控制策略的合理性，在分析无刷直流电机数学模型的基础上，利用Matlab／Simulink建立了无刷直流电机转速、电流双闭环控制系统的仿真模型，

2、通过仿真得到了与理论分析相一致的仿真试验结果，证明了该控制方案的可行性。其次，本文设计了三轮全向移动机器人的运动控制算法，包括基于Lyapunov直接法的姿态稳定控制算法和基于输入变换解耦的轨迹跟踪控制算法，使系统具有良好的全局稳定性，实现了移动机器人的位置和方位的跟踪控制。仿真实验中考虑了驱动电机的动态特性，检验了控制算法的鲁棒性和有效性。最后，根据RoboCup中型组足球机器人底层控制系统的基本任务，采用双DSP构架，选择高性能DSP处理器TMS320LF2407A作为核心进行底层运动控制系统的设计。硬件部分，按照模块化的思想，主要设计了以

3、TMS320LF2407A为核心的控制电路和无刷直流电机驱动模块；软件部分，在硬件平台基础上编制了各个模块的软件程序，给出了各模块的程序框图。关键词：三轮全向机器人；无刷直流电机；运动控制；姿态稳定；轨迹跟踪ABSTRACTRobotsoccer，referringtomulti-domainandmulti—disciplinary，isagoodtestbedformulti—agentsystemandartificialintelligencetheory．Sofar，ithasbeenfocusedbymanyresearchinst

4、itutesandcolleges，moreandmoreresearchersandscholarspayattentiontoit．Thisthesispresentstheresearchonmotioncontrolsystemofomni-directionalmobilerobotswiththreewheelsfortheRoboCup。SMiddleSizeRobotLeague．Thethesis，firstly,buildsthedynamicmodelsofomni—directionalrobots，anddecides

5、tousethecontrolbasedondynamicsmodeltoachievemotioncontrolofSOCCerrobotsbyanalyzingthecharacteristicsofitsmovement．Inordertoverifythewholecontrolsystemandthecontrolstrategy，asimulationmodelofmotorcontrolsystemhadbeenfoundedonbaseofBLDCMmathematicalmodelwithMatlab／Simulink．The

6、resultsofsimulationwereconsistentwiththetheoreticalanalysis，whichprovedthecontrolsystemwasfeasible．Secondly，somecontrolalgorithmsforomni—directionalmobilerobotswiththreewheelsaredesigned，includingposturestabilizationcontrollerbaseontheinputdecouplingandthetrajectorytrackingc

7、ontrollerbaseonLyapunovstabilitytheory,SOthetrackingperformanceofsystemhastheglobalstabilityandtheindependenteontrolofbothpositionandorientationforamobilerobotisrealized．Simulationexperimentsvalidatethestabilitiesofallcontrolalgorithms，andtherobustnessandpracticabilityofalla

8、lgorithmsarealsoverified．Finally，themotioncontrolsystemusedadoubleDSPstruct