一种简单的轮式移动机器人控制器设计
轮式机器人运动控制的设计
传 感 器 的相 对输
值之乘积 可 得此 传 感 器 与 黑 线
。
中 心的距离
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ｒ
根据 此 坐 标 值 来 调
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路
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线
的
轮式移动机器人运动控制系统研究与设计
轮式移动机器人运动控制系统研究与设计作者：杨俊驹林睿王振华孙立宁来源：《现代电子技术》2016年第02期摘要：基于差速转向原理，设计了一套轮式移动机器人的运动控制系统。
首先选择小车的模型（运动模型），进行运动学和力学分析，得出左右两侧车轮的速度约束，然后设计机器人的运动控制模块和无线遥控模块。
运动控制模块可分为控制电路和驱动电路两大模块，控制电路以DSP作为核心控制部件，捕获编码器的信息并产生PWM信号；驱动电路以直流电机H桥集成芯片为驱动部件，接收来自DSP的控制信号。
无线遥控模块选用AVR单片机作为控制核心，实现A/D转换和指令发送等功能。
实验证明，该系统不仅能实现较长距离的无线控制，传输可靠，而且速度控制准确，车体运动灵活。
关键词：差速转向； AVR单片机； DSP；无线控制中图分类号： TN4⁃34； TP2 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2016）02⁃0022⁃06Research and design of motion control system of wheeled mobile robotYANG Junju， LIN Rui， WANG Zhenhua， SUN Lining（Robotics and Microsystems Research Center， Soochow University， Suzhou 215000，China）Abstract： A motion control system of differential steering wheeled mobile robot was designed on the basis of the differential steering principle in this paper. A trolley model （motion model） is selected firstly to conduct kinematics and mechanical analysis， and obtain the speed constraint of the wheels on both sides. Then the motion control module and wireless remote control module of the robot are designed respectively. The motion control module can be divided into two parts： the control circuit module with DSP as its core which can obtain the encoder information and generate PWM signal， and the drive circuit module with H⁃bridge driving chip which can receive control signal from DSP. The AVR microcontroller is taken as its control core of the wireless remote controlmodule to realize the functions of A/D conversion and instruction issue. Experimental results show that the system can not only realize long distance wireless control reliably， but also have accuracy speed control and flexible body movement.Keywords： differential steering； AVR SCM； DSP； wireless control差速转向常用于移动机器人中，现如今因为很多轮式机器人在外形尺寸上有严格的要求，而差速转向由于结构紧凑，重量轻，不需要专门的转向机构，而且可实现较小半径甚至零半径的转向，所以近年来差速转向越来越多地运用于各式移动机器人中。
轮式移动机器人控制电路设计
⑴在接近对象物前得到必要的信息，以 便准备后续动作；
⑵发现前方障碍物时限制行程，避免碰撞； ⑶获取对象物表面各点间距离的信息， 从而测出对象物表面形状。 接近觉传感器有光电式、电磁式、气压 式、电容式和超声波式。 红外式接近觉传感器的基本工作原理： 它包括两个组成部分——发送器与接收器。 发送器往往为红外发光二极管，而接收器一 般为光敏晶体管。发送器向某物发出一束红 外光后，该物体发射红外光，并被接收器所接 收。通过反射与接收达到判断物体的存在的 目的，经过信号处理与解算，又可获得其相对 距离，从而确定其位置。红外式接近传感器的 明显优点是在于它的发送器与接收器都很小， 因此可以方便安装在机器人的各个部位。且 它的应答性好，维修方便，是目前应用较多的 —种接近觉传感器。一般把它用于移动机器 人的路径探测和躲避障碍物。 本机器人的底盘上布置了 ５ 个红外线光 电开关 Ｅ１８－Ｄ３０Ｂ１，其布置如图 ２ 所示，其 固定见图 ３ 所示。 设定传感器感应有效距离为 ６００ｍｍ，通过
通过试验，验证了轮式移动机器人规划的可行性，成功实现避障功能，并准确到达目标点。
关键词：轮式移动机器人 控制 硬件电路设计 传感器 数字罗盘
中图分类号：Ｔ Ｐ ２ ４
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７３－０５３４（２００７）０６（ａ）－０００６－０３
本移动机器人以 ８０３１ 单片机为控制系统 的核心，因为单片机控制的主要优点有：
⑴普通模式 当主机通过 Ｒ Ｔ Ｓ 管脚向设备发出请求， 设备就会输出。在主机给设备发出脉冲请求 前，ＲＸ 脚必须保持高电平，图 ５ 为普通模式 波形表。 主机接受到的是 ３ 个连续字节。第一字 节是状态字节， 状态字节表示 Ｔ Ｄ Ｃ Ｍ ３ 的状 态，在正常状态下，状态字节等于 ８０Ｈ，当查出 失真时，状态字节等于 ８１Ｈ，这时必须要标定； 第二个是罗盘测得角度值的高字节；第三个是 罗盘测得角度值的低字节。即罗盘传输的 ３ 个字节为： 则罗盘的转角为：
轮式移动机器人有限时间镇定控制器设计
ａ Ｎｓ ｏ ｔ ｕ ｕ ｅ ｄ ａ ｋ ｃ ｎｒ ｌｌｗｓｉ ｒ ｐ ｓｄ ｂ ｓｎ ｈ ｅ ｍｉ ａ ｈ ｉｇ ｍｏ ｅ ｅ ｎ ｌｍｅ ｌｄ ａｏ ｇ Ｗｌ ｉｃ ｗｉ ｃ ｎｒｌｓｒｔ ｃ ｎｉ ｏ ｓ ｆｅ ｂ ｃ ｏ ｔｏ ａ ｓｐｏ ｏｅ ｙ ｕ ｉｇｔ ｅｔｒ ｎ ｌｓ ｄｒ ｄ ｏ ￣ｏ ｔｏ ｌ ｎ ｔ ａ ｐｅ ｃ ￣ ｏ ｔｏ ｔａｅ— ｎ ￣ ｉ ｈ ｇ ．Ｔｈ ｈ ｉｅ ｙ ｔｍ ｓ ｆ ｉｅ ｔ ｅ ｔｂｉｚ ｄ ｄ ｅ ｔ ｈ ｎｔ— ｍｅ ｃ ｎ ｅ ｇ ｎ ｅ ｐ ｐ ｒ ｆｔｅ ｔｍ ｆ ａ ｌｌｎ ｉｂ Ｙ ｅ ｃ ａｎ ｄ ｓ ｓｅ ｉ ｎ ｔ—ｉ ｓａ ｌ ｅ ｕ ｏ ｔｅ ｆ ｉ ｔ ｏ ｖ ｒｅ ｃ ｒ ｅ ｔ ｏ ｈ ｅ ｉ ｌｓｉ ｇ ｎｏ ｅ． Ｆｉａｌ ｔｅ ｉ ｍ ｉ ｉ ｅｉ ｏ ｙ ｎ ￣ ｉ ｎ ｌｙ， ｈ
中 图 分 类 号 ：Ｐ４ Ｔ ２２ 文献 标 识 码 ： Ａ
Ｆ ｎ ｔ —ｉ ｅ Ｓ ａ ｉ ｚ ｔ０ ｎ ｒ ｌ ｒ ｆ ｒ Ｗ ｈ ｅ ｅ ｏ ｉｅ Ｒｏ ｏ ｓ ｉ ｉｅ ｔ ｍ ｔ ｂ ｌ ａ ｉ ｎ Ｃｏ ｔ ｏ ｌ ｏ ｉ ｅ ｅ ｌｄ Ｍ ｂ ｌ ｂ ｔ
ＺＨＵ ａ＿ａ． ｏｃ ｉＤＯＮＧ Ｏ ｈ ａ， ＧＵ － ｕ ＨＵ — ｎ Ｄｅ ｗｅ
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轮式移动机器人直流伺服控制系统设计
本 论文研 究一 直 流伺 服 系统 ， 系 统 的控 制 对 该 象 为直 流伺服 电机 ， 载为 机 器 人本 体 。通过 给 定 负
信 号来 控制直 流伺 服 电机 的输 出 ， 由直 流伺 服 电机
工作 原理 是 建 立 在 电磁 定 律 基 础 上 的。与 电磁 转
带动负载（ 机器人本体） 实现各种期望 的动作。
⑥
２ １ ＳｉＴ ｃ． ｎｒ． ０ ２ ｃ． ｅｈ Ｅ ｇｇ
计 算机技术
轮 式 移 动机 器 人 直 流 伺服 控 制 系统设 计
温 箐 笛
（ 贵州财经大学信息学 院 ， 阳 ５ ００ ） 贵 ５０ ４
摘
要 随着移 动机器 人性能 的不 断完善 ， 动机 器人 的应用 范 围正在 不断扩 展 ， 步进 入 到工 业、 移 逐 军事 、 务、 育 等领 服 教
矩相关 的是 相 互 独 立 的 两个 变 量 主 磁 通 和 电枢 电
流 ， 们分 别 控 制 着 励 磁 电流 和 电枢 电 流 ， 以方 它 可 便地进 行 转 矩 与 转 速 控 制 。另 一 方 面 从 控 制 角 度
来看 ， 直流 伺 服 的控 制 是 一 个 单 输 入／ 出 的单 变 输 量控制 系统 ， 经典 控制 理 论 可 以完 全 适 用 于 这种 系
机、 机器人运 动学和动力学。介 绍 了移动机器人运 动系统 ， 以及本 设计 中的典 型 Ｉ型 系统 。对 系统 进行 静动 态分析 ， 计 设
了一轮 式移动机 器人直流 伺服 系统 ， 整定控制器参 数。最后通 过仿 真给 出系统 的响 应结果 ， 行分 析 ， 进 结果 满足 移动机 器
人 的基 本 要 求 。
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基于PLC的轮式移动机器人操作手控制系统设计
基于PLC的轮式移动机器人操作手控制系统设计摘要：轮式移动机器人操作手是移动机器人一个重要组成部分，随着全球经济的发展、产业重心从制造业向非制造业的转移，人们对机器人的灵活性、独立性、智能化提出了更高的要求，并要求机器人能够在一定范围内安全运动，自主完成特定的任务，增强机器人对环境的学习和适应能力。
机器人技术不仅广泛应用于农业、工业，而且也在不断向反恐、社会安全等领域拓展，传统的基座固定式操作手由于工作空间的局限性已经无法满足人们生产生活的需求，而移动机械手的出现很好的弥补了传统机械手的这一缺陷。
装配有机械臂的智能移动机器人能够顺次自主地完成一系列动作：选定目标、跟踪并趋近目标、机械臂伸展、夹手抓物、运动到指定位置、机械臂复位等。
应用智能机器人可以帮助老年人和残疾人来完成他们日常生活中难以做到的一些操作，解决他们生活上的困难。
本设计我首先对移动机器人操作手的背景，现状，研究意义等进行了了解。
其次通过查阅资料确定了系统的控制方案。
之后确定了机械手的硬件系统组成，并设计出了系统结构。
再次根据系统结构确定了PLC输入输出点数，并绘制出了电气原理图，之后对PLC程序进行了编写并进行了调试。
最后利用GX Developer 做出仿真图，对结果进行了归纳总结。
【关键词】轮式移动机器人操作手，可编程序控制器(PLC)，气动机械手PLC wheeled mobile robot control system design Abstract：Wheeled mobile robot is an important part of mobile robot, along with the development of the global economy, the shift away from manufacturing to non manufacturing industry, people put forward higher demand on the robot flexibility, independence, intelligent, and requires the robot can move in a certain area, accomplish the special the task of robot, reinforcement learning on the environment and the ability to adapt. Robot technology is not only widely used in agriculture, industry, but also in unceasingly to counter-terrorism, social security and other areas of development, the traditional base fixed manipulator due to limitations of space has been unable to meet the people's production and living needs, while the mobile manipulator appears very good to make up for the defect of the traditional manipulator. Equipped with intelligent mobile robot manipulator can sequentially independently complete a series of actions: the selected target, tracking and control, mechanical arm, clamps the hand grasping, moving to the specified location, reduction and mechanical arm. Application of intelligent robot can help the elderly and disabled people to accomplish the operation difficult to do in their daily lives, to solve their difficulties in life.This topic is controlled by Mitsubishi Electric Corporation and Siemens PLC, stepper motor drives, stepper motors and other devices components. This article first briefly introduce the topics, including background, current status, significance, etc.; secondly hardware components of the system, structure and principles are described and analyzed; once again used the device of the system are described separately, focusing on the PLC program were prepared; final design of the project on knowledge learned and summarized.Key words : Wheeled mobile robot ,Programmable controller,Pneumaticmanipulator目录1 绪论 (1)1.1轮式移动机器人操作手设计的背景 (1)1.2轮式移动机器人操作手设计的内容 (2)1.3轮式移动机器人操作手的设计目的和意义 (2)2 系统控制方案的确定 (2)2.1机械手系统的功能 (2)2.2系统设计的基本步骤 (3)3 系统硬件设计 (4)3.1可编程控制器(PLC) (4)3.1.1 PLC简介 (4)3.1.2 PLC的基本结构 (5)3.1.3 PLC的工作原理 (6)3.2机械手机械结构 (9)3.2.1 夹持装置 (9)3.2.2 驱动方式 (10)3.3传感器的选择 (10)3.4行程开关的作用及原理 (12)3.5PLC机型的选择方法 (14)3.6机械手PLC参数及选择 (15)3.6.1 机械手PLC选择 (15)3.6.2 主要技术数据 (15)4 机械手系统控制软件设计 (16)4.1编程语言的介绍 (16)4.2三菱编程软件的特点 (17)4.3系统流程图 (17)4.4梯形图的设计基本规则和技巧 (18)5 机械手PLC控制系统设计 (18)5.1确定PLC输入/输出点数 (18)5.2PLC接线图 (20)5.3指令表 (21)5.4梯形图 (22)5.5仿真图 (25)5.5.1自动方式仿真图 (25)5.5.2手动方式仿真图 (25)6 结论 (27)参考文献 (28)致谢 (30)1 绪论1.1 轮式移动机器人操作手设计的背景随着全球经济的发展、产业重心从制造业向非制造业的转移，人们对机器人的灵活性、独立性、智能化提出了更高的要求，并要求机器人能够在一定范围内安全运动，自主完成特定的任务，增强机器人对环境的学习和适应能力。
双轮平衡车的控制系统硬件设计方案小车机器人论文
摘要双轮自平衡车是一个高度不稳定两轮机器人，是一种多变量、非线性、绝对不稳定的系统，需要在完成平衡控制的同时实现直立行走等任务因其既有理论意义又有实用价值，双轮自平衡小车的研究在最近十年引起了大量机器人技术实验室的广泛关注。
本文主要介绍了双轮平衡车的控制系统硬件设计方案。
此方案采用ATmega328 作为核心控制器，在此基础上增加了各种接口电路板组成整个硬件系统，包括单片机最小系统，姿态检测模块，直流驱动电机控制模块，电源管理模块，测速编码模块，串口调试等模块。
对于姿态检测系统而言，单独使用陀螺仪或者加速度计，都不能提供有效而可靠的信息来保证车体的平衡。
所以采用一种简易互补滤波方法来融合陀螺仪和加速度计的输出信号，补偿陀螺仪的漂移误差和加速度计的动态误差，得到一个更优的倾角近似值。
本文先阐述了系统方案原理，再分别就各模块工作原理进行详细的介绍与分析，最终完成车模的制作和电路原理图以及1PCB 板的绘制。
最后根据调试情况对整个系统做了修改，基本达到设计要求。
关键词双轮自平衡车模块设计传感器AbstractTwo-wheeled self-balanced car is a highly unstable robots, it is a system with Multivariable, nonlinear and absolute instability, it needs to complete the balance control tasks such as walking upright because of both theoretical significance and practical value. Two-wheeled self-balanced car in the last decade has aroused widespread concern in the robotics laboratory.This paper describes the control system hardware design of the wheel balanced car.This program uses ATmega328 as the core controller,base on this increase of various interface circuit board to building the hardware system. Peripheral circuits including the smallest single-chip system, the gesture detection module, the DC drive motor control module, power management module, velocity encoding module and serial debugging module. For the posture monitoring system，the information solely depends on the gyroscope or the accelerometer couldn’t make sure the balance of vehide．So the signals from the gyroscope and accelerometer were integrated by a simple method of complementary filtering for an optimal angle to compensate the gyroscope drift error and the accelerometer dynamic error.This article first describes the principle of the system program，then described in detail each module how to working out, the final completion of car models produced and circuit schematics and the PCB drawing.In the end, according to debug the situation on the whole system changes, the hardware system basically reached the design requirements.Keywords two-wheeled self-balanced car modular design sensor目录前言 (1)第1章绪论 (2)1.1 设计的依据与意义 (2)1.2 国内外同类设计的概况综述 (3)1.3 设计要求与内容 (3)第2章总体硬件方案设计 (5)2.1 总体分析 (5)2.2 总体方案设计 (5)2.3 方案框图 (7)第3章单元模块设计 (8)3.1 姿态检测模块 (8)3.2 单片机控制单元模块电路 (14)3.3 电机驱动模块 (19)3.4 串行通信模块 (21)3.5 电源管理模块 (24)结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)附录 (29)前言自平衡车自动平衡运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”（DynamicStabilization）的基本原理上，也就是车辆本身的自动平衡能力。
轮式移动机器人的运动控制算法研究
轮式移动机器人的运动控制算法研究一、引言随着科技的不断发展，移动机器人在工业、医疗、农业等领域的应用越来越广泛。
轮式移动机器人作为一种常见的移动机器人形式，其运动控制算法的研究对于机器人的稳定性和灵活性至关重要。
本文将分析和探讨轮式移动机器人的运动控制算法，旨在提高机器人的运动精度和效率。
二、轮式移动机器人的构成及运动模型轮式移动机器人通常由车身和多个轮子组成。
其中，车身是机器人的主要构成部分，承载着各种传感器和控制器。
轮子是机器人的运动装置，通过轮子的不同运动方式实现机器人的运动。
轮式移动机器人的运动可以通过综合考虑轮子之间的相对运动得到。
通常，可以使用正运动学和逆运动学模型来描述轮式移动机器人的运动。
正运动学模型是通过已知车体姿态和轮子转速来计算机器人的位姿。
逆运动学模型则是通过给定车体姿态和期望位姿来计算轮子转速。
根据机器人的结构和机械特性，可以选择不同的运动控制算法来实现轮式移动机器人的运动控制。
三、经典的轮式移动机器人运动控制算法1. 基于编码器的闭环控制算法基于编码器的闭环控制算法是一种常见的轮式移动机器人运动控制算法。
它通过测量轮子的转速，并结合期望速度，计算控制指令，控制轮子的转动。
该算法可以提高机器人的速度控制精度和跟踪性能。
2. PID控制算法PID控制算法是一种经典的控制算法，常用于轮式移动机器人的运动控制中。
它根据偏差信号的大小和变化率来调整控制指令，使机器人在运动过程中保持稳定。
PID控制算法具有简单、易理解和易实现等优点，但在一些复杂情况下可能需要进一步优化。
3. 最优控制算法最优控制算法是指在给定一组约束条件下，使机器人的目标函数最优化的控制算法。
在轮式移动机器人的运动控制中，最优控制算法可以通过解决优化问题，提高机器人的运动效率和能耗。
最优控制算法可以结合局部规划和全局规划来实现机器人的路径规划和运动控制。
四、轮式移动机器人运动控制算法的发展趋势随着机器人技术的不断发展和应用需求的不断提高，轮式移动机器人运动控制算法也在不断演进和改进。
轮式移动机器人控制系统设计
轮式移动机器人控制系统设计轮式移动机器人控制系统设计一、引言随着科技的不断进步和机器人技术的快速发展，移动机器人已经广泛应用于工业、军事、医疗等领域。
轮式移动机器人由于其稳定性和灵活性被广泛应用，因此其控制系统的设计显得尤为重要。
本文将探讨轮式移动机器人控制系统的设计原则、结构和实现方法。
二、轮式移动机器人的基本机构轮式移动机器人一般由底盘、轮子、传感器和控制器组成。
底盘是机器人的主要支撑结构，承载其他各部件，并在其上装载各种设备。
轮子是机器人行进和转向的关键组件，具有较大的摩擦力和承载能力。
传感器可以获取环境信息，并将其转化为电信号传输给控制器。
控制器根据传感器信息和预设的任务要求来实时控制机器人的行为。
三、轮式移动机器人控制系统设计原则1. 清晰明确的任务目标：在进行轮式移动机器人控制系统设计之前，首先要明确机器人的任务目标。
基于任务目标，确定机器人的控制策略和参数，以便更好地实现任务需求。
2. 稳定性和可靠性：轮式移动机器人需要在各种复杂环境下进行工作，因此其控制系统必须具备较好的稳定性和可靠性，以应对各种不确定性因素的干扰。
3. 灵活性和适应性：轮式移动机器人具有灵活的机动性和适应能力，因此其控制系统应具备较高的灵活性，能够根据环境变化和任务需要做出相应的调整。
4. 实时性：由于轮式移动机器人需要实时地感知环境并做出响应，因此控制系统设计中的算法和通讯机制要具备较高的实时性，以确保机器人的快速响应能力。
5. 省电性：由于移动机器人工作时往往需要依靠电池供电，而电池续航能力有限，因此控制系统设计中要尽量优化能源消耗，提高电池利用率，延长机器人工作时间。
四、轮式移动机器人控制系统结构轮式移动机器人的控制系统一般采用层次化的结构，包括感知层、决策层和执行层。
1. 感知层：感知层是轮式移动机器人控制系统的底层，负责感知环境信息。
常用的感知装置包括激光雷达、摄像头、红外传感器等。
感知层通过采集环境信息并对其进行处理，将处理后的信息传递给决策层。
小型轮式机器人设计
南京理工大学电力系统自动装置论文学院(系):自动化学院题目: 小型轮式移动机器人控制系统设计李胜指导老师：摘要由于传统单任务顺序执行机制不能满足智能轮式移动机器人对控制系统实时性的要求，而且对于复杂系统来说可靠性不高。
所以本项目重点设计一套适用于小型轮式移动机器人的控制系统，要求其实时性好，可靠性高，具有灵活的可扩展性和可重构性，以提高它各项功能的响应速度（包括制动、加速、减速、爬坡等）。
本文设计的控制电路实现的传感器功能包括红外传感器、光敏传感器、碰撞传感器等。
控制电路实现对两个直流电机的驱动控制。
机器人采用这样的控制电路可以完成诸如自主避障、自主循迹等实验。
使得轮式移动机器人的实时性好，可靠性高，且因为外部接口具有同用性，故具有灵活的可扩展性和可重构性。
最后对电路进行了调试，证明其满足要求关键词轮式机器人控制系统调试目录1 绪言------------------------------------------------------------------031.1 机器人简单知识的介绍-----------------------------------------------03 1.2课题背景-------------------------------------------------------------------------------------------------031.3课题来源及目的---------------------------------------------------------------------------------------041.4 论文主要内容------------------------------------------------------042 小型轮式移动机器人控制电路的总体设计----------------------------------04 2． 1 需求分析-----------------------------------------------------------------------------------------------------------042．2 机器人功能的总体结构----------------------------------------------05 3 具体设计-------------------------------------------------------------053.1Protel电路设计软件简介----------------------------------------------053.2 控制电路的总体设计------------------------------------------------063.3各模块具体介绍------------------------------------------------------073.4 实验用移动机器人控制电路的PCB图----------------------------------184 机器人控制电路的调试-------------------------------------------------194．1 直流电机功能调试结果----------------------------------------------194．2 红外传感器电路调试结果--------------------------------------------224．3 光敏传感器调试结果------------------------------------------------224.4 碰撞传感器调试结果-------------------------------------------------23结论 ------------------------------------------------------------------24感谢 ------------------------------------------------------------------24附录控制电路实物图------------------------------------------------------25参考文献--------------------------------------------------------------261绪言1.1 机器人简单知识的介绍移动机器人的结构由几个主要部分组成[1]，如图1.1。
一种轮式移动机器人运动控制系统的实现
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｄ ｍｏ ｂ ｉ ｌ ｅ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｏ ｒ ｒ ｅ ａ ｌ ｔ ｉ ｍｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｐ ａ ｎ ｄ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ，ｓ ｏ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
纪 浩
机器人控制系统设计
机器人控制系统设计机器人控制系统设计是机器人研发的关键环节之一。
一个优秀的控制系统可以确保机器人能够准确地感知环境、自主决策、有效地执行任务，提高机器人的整体性能和智能化水平。
本文将从以下几个方面探讨机器人控制系统设计。
一、引言随着人工智能技术的不断发展，机器人已经广泛应用于生产、生活、医疗等诸多领域。
机器人控制系统是机器人的核心部分，它负责接收传感器输入的信息，根据预设的程序或算法进行处理，并产生相应的控制信号，以控制机器人的行动。
因此，设计一个性能优良的机器人控制系统，对于提高机器人的智能化水平和工作效率具有至关重要的意义。
二、系统架构机器人控制系统的架构通常包括以下几个主要组成部分：1、传感器接口：用于接收来自传感器的信息，包括环境感知、自身状态等传感器数据。
2、信息处理单元：对接收到的传感器数据进行处理和分析，提取有用的信息以供控制系统使用。
3、决策单元：根据信息处理单元输出的信息，做出相应的决策和控制指令。
4、执行器：接收决策单元发出的控制信号，驱动机器人执行相应的动作。
5、电源管理单元：负责整个控制系统的电源供应，确保系统的稳定运行。
这些组成部分通过一定的通信协议和接口相互连接，形成一个完整的控制系统架构。
三、算法设计机器人控制系统的算法设计是实现系统功能的核心环节。
根据不同的控制需求，需要选择和设计合适的算法。
以下是一些常用的算法：1、决策算法：根据机器人的感知数据和预设规则，做出相应的决策和控制指令。
常见的决策算法包括基于规则的推理、模糊逻辑等。
2、路径规划算法：在给定起点和终点的情况下，计算出机器人从起点到终点的最优路径。
常用的路径规划算法包括基于搜索的方法（如A*算法）、基于网格的方法（如Dijkstra算法）和基于启发式的方法（如遗传算法）等。
3、运动控制算法：根据机器人的运动学模型和动力学模型，控制机器人的运动轨迹和姿态。
常用的运动控制算法包括PID控制、鲁棒控制、自适应控制等。
单球轮移动机器人控制器的设计与实现论文
北京科技大学硕士学位研究生选题报告及文献综述论文题目：单球轮移动机器人控制器的设计与实现2013年09月18日目录1 课题来源、研究的目的及意义 (1)1.1 课题来源 (1)1.2 课题研究目的及意义 (1)2 文献综述 (3)2.1 单球轮移动机器人的研究背景 (3)2.2 单球轮移动机器人的发展现状 (7)2.2.1 国外单球轮移动机器人发展现状 (7)2.2.2 国内单球轮移动机器人发展现状 (24)3 课题研究 (26)3.1 课题研究内容与目标 (26)3.1.1 机器人动力学模型的建立 (26)3.1.2 单球轮移动机器人控制算法的研究 (26)3.1.3 控制器硬件系统研究 (28)3.1.4 嵌入式控制系统研究 (31)3.1.5 控制软件的研究 (34)3.1.6 系统研究目标 (36)3.2 关键问题、难点与创新 (37)3.2.1 单球轮移动机器人关键问题与难点 (37)3.2.2 课题创新点 (37)3.3 研究方法及实验方案 (38)4 进度安排 (39)参考文献 (40)北京科技大学硕士学位研究生选题报告及文献综述1 课题来源、研究的目的及意义单球轮移动机器人是一种全新概念的移动机器人，可以在单一的球形驱动轮上达到动态稳定，并且能够通过球形驱动轮灵活、全方位的进行移动，是一种具有动态稳定性的移动机器人[1,2]。
1.1 课题来源本课题主要研究的是单球轮移动机器人控制器的设计与实现，来源于导师孙昌国副教授近年对国外单球轮移动机器人领域的研究。
1.2 课题研究目的及意义移动机器人按移动机构划分主要有轮式、履带式、腿式、蛇形式、跳跃式和复合式[1]。
不同驱动形式的移动机器人根据各自的特点都有各自相应的应用场合，其中履带式机器人由于接地压力小的特点，在松软的地面附着性能和通过性能好，适用于爬楼梯、越障；腿式机器人可以满足某些特殊的性能，能适应复杂的地形；蛇形式和跳跃式机器人一般在复杂环境、特殊环境和机动性等方面具有其独特的优越性。
轮式移动机器人的结构设计
目录1 前言 (2)2 机构的驱动方案设计 (5)2.1 机器人运动方式的选择 (5)2.2 轮式机器人驱动方案设计 (9)2.2.1轮式机器人驱动轮组成 (10)2.2.2轮式机器人转向轮组成 (11)2.2.3电机选择 (12)2.2.4减速机构的设计 (17)2.2.5变速箱体、前车体及电池箱 (18)2.2.6后减震及前减震机构 (19)2.2.7车轮和轮毂 (20)3 传动机构、执行机构的设计及受力分析 (23)3.1 传动机构的设计 (23)3.2 执行机构的设计 (24)3.3 机器人受力分析及如何保证加速度最优 (24)4 轮式移动机器人的运动学分析 (26)4.1 轮式式机器人的运动学建模 (26)4.2 阿克曼约束的机器人运动模型 (29)5 轮式移动机器人的运动控制系统设计 (32)5.1 控制系统硬件设计 (32)5.2 控制系统软件设计 (34)5.2.2上位机控制系统软件设计 (34)5.2.3下位机控制系统软件设计 (34)6 结论 (36)参考文献 (37)致谢 (38)1 前言移动机器人的研究始于上世纪60年代末期，随着计算机技术、传感器技术以及信息处理技术的发展，移动机器人已被广泛应用于工业、农业、医疗、保安巡逻等行业。
机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，也同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中，各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。
另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。
国外对于移动机器人的研究起步较早，日本是开发机器人较早的国家，并成为世界上机器人占有量最多的国家，其次是美国和德国。
基于自适应控制的新型轮式地面移动机器人设计
基于自适应控制的新型轮式地面移动机器人设计随着社会进步和科技发展，越来越多的人们开始关注机器人技术的发展。
轮式地面移动机器人作为机器人技术的一种，具有广泛的应用前景，被广泛应用于各个领域。
在工业、物流、医疗、军事等领域，轮式地面移动机器人可以为人类提供工作和生活的便利。
本文将会介绍基于自适应控制的新型轮式地面移动机器人的设计。
一、轮式地面移动机器人的概述轮式地面移动机器人是指使用轮子等装置作为移动方式的机器人，可以在地面上进行移动和操作。
轮式地面移动机器人不仅可以在各种地面环境中自由移动，还具有较高的机动性和灵活性。
因此，它被广泛应用于不同领域的工作。
轮式地面移动机器人通常由机器人主体、传感器、控制器、能源供应等多个模块组成。
其中控制器是整个机器人的核心部分，负责机器人的自适应控制和运动规划。
传感器可以用于获取周围环境信息，为机器人提供操作指令，能源供应则保证机器人能稳定运行。
二、自适应控制原理自适应控制是指在机器人运动过程中能够实时调整控制参数和运动规划，以适应不同环境和任务的变化。
具有较高的适应性，可以满足机器人的复杂任务和运动规划需要。
自适应控制系统通常包括运动规划、控制器、调节器等多个组成部分。
自适应控制系统的基本原理是通过对环境信号的实时检测，对机器人的运动规划、控制参数等进行调整，以保证机器人在复杂环境下作业时具有高度的自适应性和稳定性。
自适应控制可以针对不同的环境和任务，定制不同的控制规划策略，以满足机器人运动的灵活性、效率性和可靠性等多个方面的需求。
三、基于自适应控制的轮式地面移动机器人设计本设计的轮式地面移动机器人采用基于自适应控制的控制系统，能够实时调整运动规划和控制参数，以适应不同的环境和任务。
本设计中采用的控制算法基于PID控制器，可以实现精确的运动控制和优化的运动规划。
本设计中，轮式地面移动机器人的主体由四个带有电机的轮子组成，可以实现高效的运动，同时保证机器人的机动性和稳定性。
轮式移动机器人系统设计与控制分析
大连理工大学硕士学位论文目录摘要………………………………………………………………………………………………………………ＩＡｂｓｔｒａｃｔ……………．………．．．．．…．………．…．．…．…．…．…………………．．．．．．．………………………．………ＩＩ１绪论……………………………………………………………………………………ｌ１．１课题研究的背景及意义………………………………………………………１１．２移动机器人的发展历史及趋势………………………………………………ｌ１．２．１国内外移动机器人的发展历史………………………………………１１．２．２移动机器人的新发展与发展趋势……………………………………３１．３本文主要研究内容………‰…………………………………………………３２移动机器人的体系结构设计…………………………………………………………５２．１移动机器人的机械结构设计和运动学模型建立……………………………５２．１．１移动机器人的机械结构………………………………………………５２．１．２移动机器人的运动学模型……………………………………………５２．２移动机器人的控制系统设计…………………………………………………７２．２．１主控制器模块…………………………………………………………７２．２．２驱动模块………………………………………………………………９２．２．３ＰＬＣ模块……………………………………………………………．．１２２．２．４相机姿态调整模块…………………………………………………．．１９２．２．５测距模块……………………………………………………………一２０２．２．６通信模块……………………………………………………………一２２２．２．７电源模块………………………………………………………………２５３Ｂａｃｋ—Ｓｔｅｐｐｉｎｇ算法在移动机器人轨迹跟踪中的研究……………………………２６３．１移动机器人路径规划与轨迹跟踪…………………………………………．２６３．１．１路径规划………………………………………………………………２６３．１．２轨迹跟踪………………………………………………………………２７３．２Ｂａｃｋ—Ｓｔｅｐｐｉｎｇ算法…………………………………………………………２７３．２．１基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性的最优状态反馈控制器……………………．２８３．２．２Ｂａｃｋ—Ｓｔｅｐｐｉｎｇ算法的设计思想……………………………………．．２９３．３Ｂａｃｋ—Ｓｔｅｐｐｉｎｇ算法在基于运动学模型的轨迹跟踪中的实现……………３ｌ３．４实验结果及分析……………………………………………………………．３４３．５本章小结……………………………………………………………………．３６４连续曲率曲线路径在局部路径规划中的研究……………………………………．．３７轮式移动机器人系统设计及控制研究４．１局部路径规划中的连续曲率曲线的建立…………………………………．３７４．１．１直角坐标系中连续曲率曲线的建立方法……………………………３７４．１．２连续曲率曲线算法在移动机器人局部路径规划中的实现…………４１４．２实验结果及分析……………………………………………………………．４３４．３本章小结……………………………………………………………………．４５５基于模糊控制算法的移动机器人直线轨迹跟踪…………………………………．４６５．１模糊控制理论………………………………………………………………．４６５．１．１模糊控制的概念……………………………………………………一４６５．１．２模糊控制的优点……………………………………………………一４６５．２模糊控制系统………………………………………………………………．４７５．２．１模糊控制系统的组成………………………………………………．．４７５．２．２模糊控制器的设计…………………………………………………．．４８５．３模糊控制算法在移动机器人轨迹跟踪中的实现…………………………．４９５．３．１输入输出量模糊语言及其隶属度的建立…………………………一５０５．３．２模糊控制规则的设定………………………………………………。
轮式机器人控制系统设计
中 图分 类 号 ： Ｐ ４ Ｔ ２２
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１７ — ２６ ２ １ ）４ ０ ８ — ３ ６ ４ ６ ３ （０ １２ — １７ ０
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和 复 合 式 。轮 式 机 器 人 具有 机 构 简 单 、 动 和 控 制 相 对 方便 、 驱
机 动 灵 活 等 优 点 ， 大 量 应 用 于 工 业 、 业 、 恐 防爆 、 庭 、 被 农 反 家 空 间 探 测 等 领 域【 本 系统 用 两 个 直 流 电机 驱 动 ４个 轮 子 ， １ １ 。 用 差 动的方式实现机器人各种直线 、 曲线 运 动 。在 各 类 机 电系 统 中 ． 流 电机 具 有 良好 的起 动 、 动 和 调 速 性 能 。最 常 用 的 直 制 直流 调 速 技术 是 脉 宽调 制 （ｕｓ ｄｈＭｏｕａ ｏ ，ＷＭ） 流 Ｐ ｌ Ｗｉ ｄ ｌｔ ｎＰ ｅ ｔ ｉ 直 调速技术 ， 它具 有 调 速 精 度 高 、 响应 速度 快 、 速 范 围 宽 和 耗 调 损 低 等特 点囝 。本 系统 选 用 具 有 ６个 Ｐ ＷＭ 通 道 的 Ａｍ ｇ １８ ｔ ｅａ ６ 单 片 机作 为处 理 器 ，使 用 两 个 定 时器 的 快 速 Ｐ ＷＭ 模 式 对 电 机进 行 速 度控 制 。
一种轮式移动机器人的控制系统设计毕业论文.doc
一种轮式移动机器人的控制系统设计毕业论文第一章绪论1.1移动机器人技术概述机器人是一自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机。
机器人技术涉及计算机技术、控制技术、传感器技术、通讯技术、人工智能、材料科学和仿生学等多类学科。
作为机器人学的重要分支，移动机器人能够运动到特定位置，执行相应任务，具备环境感知、实时决策和行为控制等功能，拥有很高的军事、商业价值。
移动机器人按运动方式分为轮式移动机器人、步行移动机器人、履带式移动机器人、爬行机器人等;按功能和用途分为医疗机器人、军用机器人、清洁机器人等;按作业空间分为陆地移动机器人、水下机器人、无人飞机和空间机器人。
1.2移动机器人控制技术研究动态1.2.1移动机器人控制技术发展概况步入21世纪，随着电子技术的飞速发展，机器人用传感器的不断研制、计算机运算速度的显著提高，移动机器人控制技术逐步得到完善和发展。
移动机器人从最初的示教模仿型向具备环境信息感知、在线决策等功能的自治型智能化方向发展。
移动机器人控制系统性能不断提高，各类新型移动机器人也纷纷面世。
步行式机器人是指按照迈步方式前进的移动机器人，由于符合动物的行进模式，可很好的在自然环境中运动，具有较强的越野性能。
如美国NAAS资助研制的丹蒂行走机器人，主要用于远程机器人探险，其控制系统涉及环境感知、障碍物监测、机械臂控制和超远程遥操作等多方面技术。
丹蒂计划的最终目标是，为实现在充满碎片的月球或其它星球的表面进行探险提供一种运动机器人解决方案。
轮椅机器人是指使用了移动机器人技术的电动轮椅。
德国乌尔姆大学开发一种智能轮椅机器人，使丧失行动能力的人也能外出“走动”。
该轮椅机器人，能够自动识别和判断出行驶的前方是否有行人挡路，或是否可能出现行驶不通的情况，自动采取绕行动作，并能够提醒挡路的行人让开道路。
该机器人的控制系统，综合运用了多传感器信息融合、模式识别、避障、电机控制和人机接口等技术。
第一章绪论消防机器人是指能在高温、强热辐射、浓烟、地形复杂、障碍物多、化学腐蚀、易燃易爆等恶劣条件下进行灭火和救援工作的移动机器人。
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仿真结果
用上述控制律对轮式移动机器人进行
仿真。选取期望轨迹为半径为 的单位圆，即
取跟踪指令
。仿真时间取 ，控制参数
，位姿初始误差
。
从图 、图 和图 的仿真结果图可以看出， 在所设计的控制律作用下，系统在很短的时间内初 始跟踪误差收敛于零，控制输入趋于稳态，闭环系 统具有良好的动态特性、轨迹跟踪效果和全局渐近 稳定性。
吴卫国 陈辉唐 王月娟 移动机器人的全局轨迹跟踪控制 自动化学报
闫茂德 贺昱曜 武奇生 非完整移动机器人的自适应全局轨 迹跟踪控制 机械科学与技术
柯海森 叶旭东 钱建海 移动机器人的鲁棒自适应控制器设 计 浙江大学学报 工学版
： 图 轨迹跟踪仿真图
结论
本文通过对轮式移动机器人运动学模型轨迹
Simple controller design for wheeled mobile robot
wheeled mobile robot; trajectory tracking; Lyapunov function
关键词：轮式移动机器人；轨迹跟踪控制；Lyapunov 函数
中图分类号：TP24 文献标识码：A
引言
目前，移动机器人特别是自主移动机器人的研
究是一个十分活跃、具有广泛应用前景的前沿研究
领域 。文献 利用终端滑动模态技术设计控
制律，使移动小车能在有限时间内完全跟踪转动速
度不为零的期望轨迹。文献 综合后推方法与
In this paper, the problem of trajectory tracking control of wheeled mobile robot is addressed. By constructing Lyapunov function and analyzing its stability, the controller of wheeled mobile robot is educed. Therefore, the complexity of traditional controller of wheeled mobile robot is eliminated. This method is very simple and provided with the academic analysis of system's stability. Simulation results are provided that the controller can guarantee all states of system are all asymptotically stable. The proposed method is effective and feasible.
本文在文献
的基础上，针对二自由度轮
式移动机器人的运动模型，讨论了两驱动二自由度
轮式移动机器人轨迹跟踪控制问题，通过构造
函数，推导出了具有全局渐近稳定的跟踪
控制器。实现对预定轨迹的全局渐近跟踪，并根据
理论证明系统全局渐近稳定性。仿真结
果验证了其有效性和正确性。
运动学特性由如下微分方程描述
其中， 为轮式移动机器人驱动轴中心 的位 置中心， 为轮式移动机器人的航向角， 和 分别 为平移速度和转动速度，在运动模型中它们是控制 输入。
模糊滑模控制方法设计非完整移动机器人的状态
反馈控制系统 并根据
稳定性定理后推
设计时变光滑馈控制律。文献 基于反演（
）方法的思想设计了具有全局渐近稳定的
跟踪控制器。文献 借助无源化设计方法提出
一种饱和鲁棒自适应控制器。该控制器不需事先确
定未知干扰的上界值 它能通过事先定义的逻辑切
换方式在线调节未知干扰上界值参数的估计值。
第 卷第 期 年月
文章编号：1007-791X (2008) 04-0316-03
燕山大学学报
一种简单的轮式移动机器人控制器设计
赵 涛 ，李 俊 ，周良荣
（ 西北工业大学 航海学院，陕西 西安
）
摘 要：研究了轮式移动机器人的轨迹跟踪控制问题。针对传统控制器设计较为复杂的问题，通过构造 Lyapunov 函数，并根据 Lyapunov 稳定性定理，推导出了具有全局渐近稳定的跟踪控制器。该方法设计简单并具有直观的 稳定性分析。仿真结果证明了该控制器能过保证闭环系统所有状态渐近稳定，达到了轮式移动机器人的轨迹跟 踪控制目的。
出结论：只要 收敛到零且 收敛于
，
则系统状态 收敛到零。
将式 沿跟踪系统式 代入，整理得
求导，并将式
当且仅当状态 和 均为零时，式 系统是渐近稳定的。பைடு நூலகம்
是半负定的，
从上面的分析可得出如下定理：
定理 对于移动机器人系统式 ，采用基
于
函数的设计方法，选择控制输入为式
，可使系统位姿误差微分方程式 实现全局
渐近稳定。
轮式移动机器人轨迹跟踪控制问题就是通过
设计合适的有界控制输入
，使轮式移动机器
人能跟踪位姿指令
和速度指令
的
参考模型。
根据图 ，可得描述移动机器人位姿的误差方 程为
根据文献 ，得位姿误差微分方程为
问题的提出
本文研究对象为二自由度轮式移动机器人 其
位姿误差微分方程的推导过程详见文献 。
收稿日期：
基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划（
合适的有界控制输入
，对任意的初始误差，
系统式 在所设计的控制输入作用下，使式
一致收敛到零。针对前人文献中所设计控制器较为
复杂的问题，并考虑到基于
函数的非线
性控制器在运动学稳定性上的应用中简单性，本文
设计了基于
函数的轨迹跟踪控制律。
轮式移动机器人跟踪控制律设计
定义关于位姿误差方程的一个
函数
其中， 和 均为大于零的常数。根据文献 得
）
作者简介：赵 涛（
），男，陕西西安人。硕士研究生。主要研究方向为先进控制理论与应用。
第期
赵 涛 等 一种简单的轮式移动机器人控制器设计
稳定。
由上面的分析设计控制输入
负定的。易知选择
为
，使 为半
式中， ， ， 和 均为正常数。 将控制输入式 代入到式 中，则
图 移动机器人的误差坐标
移动机器人轨迹跟踪控制的目的是通过设计
轴方向误差 轴方向误差
航向角方向误差
轴、 轴和航向角误差
如果能够证明式 是半负定的，根据 稳定性定理可知，闭环系统可实现全局渐近
时间 图 跟踪误差仿真图
线速度 、角速度
线速度 角速度
时间 图 控制输入仿真图
燕山大学学报
跟踪控制问题的研究，通过构造
函数的
方法，并使该
函数的导数为负定，推导
出了全局渐近轨迹跟踪控制律。采用该方法，控制
器设计较为简单，避免了针对轮式移动机器人控制
器设计较为复杂的难题。同时采用
稳定
性定理保证了系统的全局稳定；仿真结果证明该控
制律达到了控制目的，具有良好的轨迹跟踪特性。
参考文献
李磊 叶涛 谭民 等 移动机器人技术研究现状与未来 机器人 李世华 田玉平 移动小车的轨迹跟踪控制 控制与决策，
邹小兵 蔡自兴 非完整移动机器人道路跟踪控制器设计 控制与决策