移动机器人运动控制与自主充电系统的研制

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1、硕士学位论文移动机器人运动控制与自主充电系统的研制DEVELOPMENTOFMOBILEROBOTMOTIONCONTROLANDAUTONOMOUSCHARGINGSYSTEM陶一帆哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP242学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文移动机器人运动控制与自主充电系统的研制DEVELOPMENTOFMOBILEROBOTMOTIONCONTROLANDAUTONOMOUSCHARGINGSYSTEM硕士研究生：陶一帆导师：王树国教授申请学位：工程硕士学科：机械工程

2、所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDEVELOPMENTOFMOBILEROBOTMOTIONCONTROLANDAUTONOMOUSCHARGINGSYSTEMCandidate：TaoYifanSupervisor：Prof.WangShuguoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecial

3、ity：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要移动机器人自主充电技术是保证机器人能够长时间自主运行的一项关键技术。基于无刷直流电机设计的移动机器人运动控制系统配合基于红外信息的近程对接技术能够可靠地实现机器人与充电桩的对接。本课题主要研究内容包括基于

4、ARM的移动机器人底层运动控制系统、移动机器人充电桩的硬件系统设计、机器人与充电桩对接流程的设计、移动机器人实验平台的搭建以及相关的实验研究。本文首先设计了移动机器人底层运动控制系统的硬件电路，并完成了PCB电路的实物制作。根据移动机器人内部无刷直流电机的工作原理及工作状况建立了其数学模型，设计了根据工况能够实时自整定控制参数的变论域模糊PI控制算法。在SIMULINK中搭建了无刷直流电机的仿真模型与变论域模糊PI控制器模型，通过仿真与普通PI算法进行对比，验证变论域模糊PI控制算法的优越性。接着设计了自主充电系统的相关硬件。研制了

5、充电桩的外壳和自主充电系统的硬件电路，包括无线充电模块、红外引导模块和机器人内部充电控制模块，并制作了PCB电路板，完成了充电桩的安装。在充电桩设计过程中考虑到要连接220V市电，安装了空气开关和安规器件，确保人员安全。然后研究了机器人与充电桩的对接算法。设计了通过QT人机交互界面和TCP/IP网络通讯进行人工辅助远程搜索充电桩的流程，提高了机器人搜索充电桩的效率。重点研究了充电对接过程中的机器人定位算法，并将红外信息融入到了算法中。根据红外传感器的特点，设计了基于红外信息的机器人与充电桩的近程对接流程。最后搭建了移动机器人实验平台

6、来验证本文所设计的移动机器人运动控制系统和自主充电系统。先检测了运动控制系统中各个子系统的可靠性，通过上位机中自行编写的QT界面获得电机转速曲线，验证本文设计的运动控制系统在稳定性、准确性以及响应速度等性能都比较优秀。通过静态定位实验与动态定位实验获得定位误差数据，验证了定位算法的可靠性。通过机器人与充电桩的多次对接实验，验证了充电对接系统的可靠性。关键词：运动控制；变论域模糊；自主充电；红外引导-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTheautonomouschargingtechnologyofmobilerobo

7、tsisakeytechnologytoensurethattherobotcanrunautonomouslyforalongtime.ThemobilerobotmotioncontrolsystembasedonbrushlessDCmotordesignandtheshort-rangedockingtechnologybasedoninfraredinformationcanreliablyconnecttherobottothechargingpile.Themainresearchcontentsofthistopic

8、includeARM-basedmobilerobotbottommovementcontrolsystem,mobilerobotchargingpilehardwaresystemdesign,robotandchargingpi