四輪全向移動足球機器人運動控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、機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，而足球機器人的研究無疑是智能機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)、計算機技術(shù)、電子技術(shù)、智能控制理論、傳感器技術(shù)等諸多學科的知識，基如此使得對足球機器人的研究已經(jīng)成為了人工智能和機器人學的研究熱點。每年舉辦一次的RoboCup中型組足球機人比賽是典型的足球機器人的比賽平臺。中型組機器人比賽既是高科技應用于娛樂的一種體現(xiàn)，也是培養(yǎng)是人工智能、自動

2、化領域科技人才的重要窗口，同時也是促進足球機器人領域科技進步的有效途徑，其研究意義深遠而重大。隨著近年來足球機器人比賽的熱烈開展，吸引了越來越多的國內(nèi)外大學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器人普遍存在中斷不受控制、啟動及制動較慢、無法到達預定位置、啟動轉(zhuǎn)矩較小、運行速度較小、動作的精度不高等問題。足球機器人要想在比賽中完成既定任務，必須要有一個控制精度高、穩(wěn)定性好的運動控制系統(tǒng)。足球機器人的運

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

4、人運動控制系統(tǒng)在硬件設計上的要求，采用了基于DsPIC控制器的足球機器人的運動控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。詳細闡述了四輪全向移動足球機器人的運動控制系統(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：直流電機電機控制模塊、四輪輪速分配控制模塊、直流電動機的驅(qū)動模塊、電動機編碼盤接口模塊、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構(gòu)。⑵機器人單自由度運動控制的研究。由于機器人底層各輪子的直流電機控制系統(tǒng)在機器人運行

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PID控制器對機器人單個自由度進行運動控制，在線利用神經(jīng)網(wǎng)絡的自學習實時的調(diào)整PID控制的三個參數(shù)，從而達到控制要求。⑶機器人四輪運動控制的研究。建立機器人的運動學模型，并基于該模型采用模糊控制的方法對機器人的整體速度實時的進行修正，讓機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償控制器與沒有采用誤差補償控制的系統(tǒng)最終輸出的結(jié)果，顯