球形機器人嵌入式運動控制系統(tǒng)研究.pdf

1、球形機器人是一種以滾動為運動方式的新型移動機器人，它依靠內(nèi)部驅(qū)動裝置偏移改變重心來獲得前進的動力。球形機器人將機械機構(gòu)及控制電路安裝在球殼內(nèi)部，能有效地起到保護作用，使其具備適應(yīng)惡劣工況的能力，同時球形機器人具有類似不倒翁的特性，可實現(xiàn)全方位的行走，具有廣闊的應(yīng)用前景。球形機器人的運動控制問題一直是球形機器人領(lǐng)域研究的重點，本文以北京交通大學和北京郵電大學聯(lián)合設(shè)計的球形機器人為研究對象，在對其機械系統(tǒng)及動力學特性進行詳細分析的基礎(chǔ)上，設(shè)

2、計了一套基于ARM處理器的球形機器人嵌入式運動控制系統(tǒng)，并進行了相關(guān)試驗。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對球形機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案及其運動原理，進行純滾動約束下動力學建模和分析，并根據(jù)動力學方程研究恒力矩輸入和恒轉(zhuǎn)矩輸入時機器人的狀態(tài)響應(yīng)，為后續(xù)機器人運動控制器設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。⑵根據(jù)動力學模型，設(shè)計閉環(huán)反饋的PID運動控制器;并對抑制重擺振蕩的方法進行研究，設(shè)計基于重擺抑振策略的球形機器人速度控制算法以及姿態(tài)控制算法;利用Ma

3、tlab Simulink對機器人速度和姿態(tài)控制進行仿真，驗證控制算法有效性，并對PID控制算法的數(shù)字實現(xiàn)進行研究。⑶設(shè)計球形機器人嵌入式運動控制系統(tǒng)整體方案。硬件系統(tǒng)設(shè)計方面，主要進行硬件平臺設(shè)計，包括核心控制模塊、電機驅(qū)動模塊、傳感器模塊、通信等模塊;軟件系統(tǒng)設(shè)計方面包括:主程序及各子系統(tǒng)程序的編寫，以及上位機軟件的設(shè)計。⑷對球形機器人運動控制系統(tǒng)進行實驗研究。對慣性測量單元數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)了準確的姿態(tài)信息采集;實現(xiàn)了對球形機器人