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在不远的将来,各种服务机器人将走进人们的日常生活,在商场、宾馆、医院、家庭、社区发挥不可或缺的作用。这种全自主机器人的研究已有很多,但其普及和推广还面临一些问题,如本体的构造成本、运动性能、安全可靠性等。相对于工业用机器人,服务机器人一般所处的环境各种各样,处理的信息更为复杂,实时性的要求较高,有必要对这种智能机器人的运动控制和整体控制结构进行研究,为各种应用提供一个通用的开发平台。本论文的主要工作涉及以下几个方面:
(1)在机器人驱动平台方面,根据服务机器人运动特点提出了一种包括一个主动导向轮控制和两个独立驱动轮的三轮协调驱动方式。开发了一种同轮毂电机配合同时检测移动本体的位置与速度的驱动轮。
(2)研制开发了基于DSP和CPLD的平台运动控制器。控制器按照本体电机协调算法把移动平台的运动分解为对三个电机的运动控制、实现同步伺服控制,实现了视觉水平扫描和俯仰扫描的控制。针对平台上驱动控制的特点提出了变结构的模糊PI/PID驱动电机控制算法。运动平台具有灵活运动、结构简洁、高集成度和成本低的特点。
(3)在自主机器人的模块化控制体系结构方面,提出了一种面向动态环境的基于并行行为组合的机器人控制体系结构。所有的反应式行为和指示式行为都由上层按照特定的任务和环境进行组合,其控制参数和控制目标由上层设定。设计了一种面向行为控制的信息融合结构,对系统的信息处理和控制结构进行了模块划分,以FSA模型规划机器人的动作序列。以平滑运动控制为目标,提出了基于模糊规则的多行为融合机制。控制系统的结构体现了模块化、通用性和开放性的思想。
(4)在基于并行行为组合的控制体系结构的软硬件实现方面,提出了一种在多DSP和RTOS平台上的实现方式。在动态复杂的非结构环境中,传感、决策、运动控制同步进行;系统的多任务、多行为并发处理,适应高实时性和复杂信息处理的要求。