老人服务机器人的移动机构运动控制系统研究.pdf

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1、中国科学技术大学硕士学位论又老人服务机器人的移动机构运动控制系统研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：陈旭东检测技术与自动化装置孔令成研究员二O一一年五月一日矿m厶．)UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationforMaster’SdegreeResearchonMotionControlSystemforMovingMechanismofRobotfortheElderlyAuthor’SName：XudongChenSpeciality：Detect

2、iveTechnologyandAutomationDevicesSupervisor：FinishedTime：he1lmeProf．LingchengKongMay1吼，2011中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：辎、抱鱼!签字日期：坦!：￡2中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之

3、一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。d公开口保密(——年)作者签名：警!垫量，签字日期：上盟L五L导师签名：签字日期：少：!：：!：!摘要摘要中国人口的老龄化问题逐渐严峻，老年人的服务需求与服务人员

4、数量不足的矛盾日益突出，老人服务机器人的研制与应用是社会发展的必然趋势。老人服务机器人在室内工作，活动范围有限，障碍物摆放没有规律，因此在行走过程中对运动控制系统的精确性和实时性要求较高。为了满足老人服务机器人的运动和工作环境要求，本文设计了基于正交全向轮的移动结构的运动控制系统。在详细分析了基于正交全向轮的运动学模型和运动性能后，采用ARM芯片为运动控制器的控制核心，采用基于CAN总线的通讯方式，在运动控制过程中利用加速度传感器对机器人整体实现闭环速度控制，保证运动速度的精度，为了提高机器人在打滑情况下的抗干扰能力，利

5、用外部激光位姿传感器和基于光电码盘的里程计信息对机器人的运动路径进行实时比较，判断机器人在运动过程中是否发生打滑情况并通知决策系统重新做出相应运动规划，设计了主控芯片的外围电路，详细叙述了电源处理模块、CAN通信模块、基于SPI的两轴加速度传感器模块的电路设计过程，给出了硬件的原理图、PCB图和系统软件模块流程设计图。最后，设计并实现了机器人运动速度检测和路径跟踪模拟实验，实验结果验证了机器人移动机构的运动控制系统在运动过程中的速度控制精度和路径跟踪精度基本满足任务要求，具有较高的可靠性和高稳定性，独立的运动控制系统减轻

6、了机器人决策系统的运算压力，提高了机器人系统的运动精度和整体工作效率。关键词：老人服务机器人运动控制正交全向控制ARM7路径跟踪AbstractABSTRACTWiththegradualgrowthofagingpopulmioninChina,contradictionbetweentheserviceneedsfortheelderlyandthenumberofservicesst孵becomesmoreprominent，thedevelopmentandapplicationofrobotfortheelde

7、rlyhavebecomeallinevitabletrendinsocialdevelopment．TheRobotfortheElderlyworksinroom，thelocationofobstaclesisirregular,theeffectivemotionrangeislimited，andSOitcallslli曲accuracyandreal-timerequirementsforthemotioncontrolsystem．Inordertomeettherequirementofmotionand

8、workingenvironmentfortherobot，amotioncontrolsystemformovingmechanismbasedontheorthogonalOmni—directionalwheelsisdesigned．Afteradetailedanalysisofthekinematicsm