四輪全向移動足球機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、機(jī)器人作為人類最偉大的發(fā)明之一，長久以來一直受到國內(nèi)外的研究人員的關(guān)注，而足球機(jī)器人的研究無疑是智能機(jī)器人研究中最具有挑戰(zhàn)的研究課題之一。它涵蓋了自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、智能控制理論、傳感器技術(shù)等諸多學(xué)科的知識，基如此使得對足球機(jī)器人的研究已經(jīng)成為了人工智能和機(jī)器人學(xué)的研究熱點。每年舉辦一次的RoboCup中型組足球機(jī)人比賽是典型的足球機(jī)器人的比賽平臺。中型組機(jī)器人比賽既是高科技應(yīng)用于娛樂的一種體現(xiàn)，也是培養(yǎng)是人工智能、自動

2、化領(lǐng)域科技人才的重要窗口，同時也是促進(jìn)足球機(jī)器人領(lǐng)域科技進(jìn)步的有效途徑，其研究意義深遠(yuǎn)而重大。隨著近年來足球機(jī)器人比賽的熱烈開展，吸引了越來越多的國內(nèi)外大學(xué)投入更多人力物力到比賽中，各參賽隊伍的水平也在逐年提高。然而比賽過程中足球機(jī)器人普遍存在中斷不受控制、啟動及制動較慢、無法到達(dá)預(yù)定位置、啟動轉(zhuǎn)矩較小、運(yùn)行速度較小、動作的精度不高等問題。足球機(jī)器人要想在比賽中完成既定任務(wù)，必須要有一個控制精度高、穩(wěn)定性好的運(yùn)動控制系統(tǒng)。足球機(jī)器人的運(yùn)

3、動控制是指控制足球機(jī)器人按照預(yù)先規(guī)劃好的運(yùn)動軌跡運(yùn)動，運(yùn)動控制系統(tǒng)的對機(jī)器人的運(yùn)動性能有最直接的影響。
　　 本文通過搜集國內(nèi)外機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)相關(guān)研究及發(fā)展趨勢的資料，對其進(jìn)行充分的分析和綜合。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合本人所在機(jī)器人實驗室中四輪全向移動足球機(jī)器人的運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計，對機(jī)器人運(yùn)動控制進(jìn)行了較深入的研究，并對其運(yùn)動控制系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)。主要的研究內(nèi)容包括：⑴機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與硬件設(shè)計。分析了四輪全向移動足球機(jī)器

4、人運(yùn)動控制系統(tǒng)在硬件設(shè)計上的要求，采用了基于DsPIC控制器的足球機(jī)器人的運(yùn)動控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。詳細(xì)闡述了四輪全向移動足球機(jī)器人的運(yùn)動控制系統(tǒng)相關(guān)硬件部分各功能模塊的工作原理。硬件部分各模塊主要包括：直流電機(jī)電機(jī)控制模塊、四輪輪速分配控制模塊、直流電動機(jī)的驅(qū)動模塊、電動機(jī)編碼盤接口模塊、串行口通信模塊、電源模塊、電子指南針、陀螺儀、加速度傳感器和帶球機(jī)構(gòu)。⑵機(jī)器人單自由度運(yùn)動控制的研究。由于機(jī)器人底層各輪子的直流電機(jī)控制系統(tǒng)在機(jī)器人運(yùn)行

5、過程中具非線性和時變形，傳統(tǒng)的控制方法無法滿足其控制要求，本文采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器對機(jī)器人單個自由度進(jìn)行運(yùn)動控制，在線利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)實時的調(diào)整PID控制的三個參數(shù)，從而達(dá)到控制要求。⑶機(jī)器人四輪運(yùn)動控制的研究。建立機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)模型，并基于該模型采用模糊控制的方法對機(jī)器人的整體速度實時的進(jìn)行修正，讓機(jī)器人的總體速度誤差最終轉(zhuǎn)變?yōu)閱蝹€輪子的的誤差。并通過實驗比較采用誤差補(bǔ)償控制器與沒有采用誤差補(bǔ)償控制的系統(tǒng)最終輸出的結(jié)果，顯