四輪全向移動(dòng)足球機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)久以來(lái)一直受到國(guó)內(nèi)外的研究人員的關(guān)注，而足球機(jī)器人的研究無(wú)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(dòng)控制技術(shù)、計(jì)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(shí)，基如此使得對(duì)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(diǎn)。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(tái)。中型組機(jī)器人比賽既是高科技應(yīng)用于娛樂(lè)的一種體現(xiàn)，也是培養(yǎng)是人工智能、自動(dòng)

2、化領(lǐng)域科技人才的重要窗口，同時(shí)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(lái)足球機(jī)器人比賽的熱烈開展，吸引了越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外大學(xué)投入更多人力物力到比賽中，各參賽隊(duì)伍的水平也在逐年提高。然而比賽過(guò)程中足球機(jī)器人普遍存在中斷不受控制、啟動(dòng)及制動(dòng)較慢、無(wú)法到達(dá)預(yù)定位置、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小、運(yùn)行速度較小、動(dòng)作的精度不高等問(wèn)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(gè)控制精度高、穩(wěn)定性好的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。足球機(jī)器人的運(yùn)

3、動(dòng)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(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能有最直接的影響。
　　 本文通過(guò)搜集國(guó)內(nèi)外機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)相關(guān)研究及發(fā)展趨勢(shì)的資料，對(duì)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(shí)驗(yàn)室中四輪全向移動(dòng)足球機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行了較深入的研究，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)。主要的研究?jī)?nèi)容包括：⑴機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與硬件設(shè)計(jì)。分析了四輪全向移動(dòng)足球機(jī)器

4、人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上的要求，采用了基于DsPIC控制器的足球機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。詳細(xì)闡述了四輪全向移動(dòng)足球機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊、電動(dòng)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(dòng)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(guò)程中具非線性和時(shí)變形，傳統(tǒng)的控制方法無(wú)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(duì)機(jī)器人單個(gè)自由度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，在線利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)的調(diào)整PID控制的三個(gè)參數(shù)，從而達(dá)到控制要求。⑶機(jī)器人四輪運(yùn)動(dòng)控制的研究。建立機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并基于該模型采用模糊控制的方法對(duì)機(jī)器人的整體速度實(shí)時(shí)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€(gè)輪子的的誤差。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)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