小型履带式移动机器人控制系统设计

针对小型履带式移动机器人,设计了遥控与自主返航模式相结合的控制体系结构,并对机器人自主定位及路径跟踪技术进行重点介绍;信号正常的情况下,机器人在遥控模式下工作,信号中断后,启动自主返航模式,机器人根据路径规划的轨迹行驶到目标点;自主返航模式下,采用传感器信息融合技术提高了机器人定位精度,基于已有路径进行点跟踪控制,设计机器人跟踪控制律;基于履带式移动机器人平台及所述控制系统,对任意给定路径进行跟踪实验;结果表明,机器人可沿给定路径到达终点,且行驶轨迹光滑,验证了定位方法的精度以及跟踪控制律的有效性。该控制系统设计简单,可移植性高,可广泛应用于地面移动机器人领域。     

基于ARM和nRF905组网的智能家居系统设计

针对家居中电器种类和数目繁多且分散于各室造成控制不便,提出了一种利用nRF905射频模块实现无线通信的智能家居控制系统。系统对射频数据传输协议进行了设计,给出了室内多个微控制器的组网方案。用户通过手机短信或万能遥控器把对家电的控制信号发送至基于ARM平台搭建的主控中心,再由主控中心发送至若干个通信节点或智能插座,万能遥控器通过射频信号实现对家电的近距离遥控,手机通过GSM通信实现对家电的远程遥控。通信节点基于STC89C52RC单片机设计,能够实现对多种红外家电的控制并具备安防报警功能,智能插座则用于控制非遥控家电。实验表明,该系统可使网络中各节点、插座得到有效的控制,数据传输稳定、功能丰富、可扩展性强,具备较高的应用价值。     

基于二维激光雷达的避障系统的设计与实现

根据低成本二维激光雷达的三角测距系统,设计了一种基于二维激光雷达的双ARM Cortex-M4架构的移动机器人避障控制系统。该控制系统采用两块STM32F407为硬件平台,二者之间通过串口进行通信。通过多线程任务划分,按照不同优先级的调度任务实现移动机器人的实时避障功能。移动机器人采用直流减速电机,并以二次曲线拟合速度控制决策算法。实验结果表明,系统能很好地达到实时避障的目的。     

移动机器人远程人机交互软件平台设计与实现

基于移动机器人代替人去危险场合执行探测和救援任务的应用背景,设计了一个人机交互的软件平台。采用UML对设计过程进行建模,基于组件对系统进行模块化设计;各组件并行运行,通过消息队列与消息响应的机制实现组件之间的并发式通信。软件平台基于LabVIEW的Actor框架实现,核心Actor组件基于状态机设计,协调其它组件之间的通信;设计了一个远程Actor代理,实现与基于ROS的远程机器人的本地控制系统通信,将人的指令传输给机器人并将机器人的传感信息传回给人机界面。实验系统部署在两台计算机上,一台运行基于LabVIEW的人机界面,一台运行基于ROS的P3AT控制仿真系统。实验表明,设计的软件平台各部分能够协同工作,人机交互自然顺畅,满足预期要求。     

基于行为模糊控制的移动机器人路径规划

针对未知环境下移动机器人路径规划和提高自主导航安全性问题,基于行为的控制结构思想,在此基础上提出了一种基于模糊控制的移动机器人路径规划算法;根据传感器接收的障碍物和目标距离方位信息,将路径规划分成避障行为、趋向目标行为;结合模糊逻辑理论和人类驾驶经验,制定模糊规则,输出转角和速度;仿真结果表明,移动机器人能够克服环境中的不确定性,有效地实现良好的路径规划,验证了模糊控制算法的可行性,体现了该路径规划策略的有效性和正确性。     

基于滑模控制的室内移动机器人路径跟踪

为解决室内环境下移动机器人的路径跟踪问题,建立了移动机器人的数学模型,并构造一种新型滑模控制趋近律。采用该趋近律设计滑模控制律,并利用李雅普诺夫定理证明了系统稳定性。采用所设计的滑模控制器对室内移动机器人进行路径跟踪实验,仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于HMC1021的磁导引AGV控制系统的设计

磁条导引方式因其成本低、路径规划灵活和抗干扰能力强而在AGV的导引控制系统中普遍使用,而磁感应信号的数据采集、控制系统结构和控制策略的设计等都是需要深入研究的问题。以差速驱动转向AGV为研究对象,以模块化、通用化设计思路为导向,给出了一种分布式磁导引AGV控制系统设计和实现方案。采用Atmega 128及外围电路作为主控单元, Atmega 16和信号调理电路为数据采集单元、HMC1021为磁条检测传感单元来设计控制器的核心硬件结构,主控单元和数据采集单元之间通过RS485通信交换数据。随后在分析和研究AGV差速驱动原理的基础上,给出了从传感到速度控制的通用模式,并且提出了查表和模糊控制相结合的通用性控制策略设计方法。软硬件测试和实验结果表明了该设计方法的可行性和有效性。     

四轮独立驱动电动车控制系统FlexRay通信网络的设计与实现

四轮独立驱动电动汽车控制系统对通信确定性有更高的要求。基于汽车总线开发V模式流程,从四轮独立驱动控制系统通信需求出发,设计其FlexRay通信网络;采用Network Designer生成网络数据库,导入到CANoe.FlexRay软件对网络进行了全仿真、半实物仿真,验证了所设计的FlexRay通信网络的协议参数的正确性,最后将该网络用于样车中;实验结果表明,所设计的FlexRay通信网络完全可用于四轮独立驱动电动车控制系统,具有较高的可靠性、确定性及实时性,能够满足控制系统的通信需求。     

基于事件触发的独轮车移动机器人跟踪控制系统设计

针对传统的时间触发机器人控制系统中通信要求高的问题,提出了使用事件触发控制器的独轮移动机器人控制系统;首先,根据类仿真方法在忽略通信约束的条件下合成控制器;然后,将问题建模为混合系统并在网络上实现;最后,导出了合适的事件触发条件;实验结果显示,使用基于事件触发的控制算法后实现了系统的解耦和镇定,可调节系统在阶跃输入激励下的响应;相比传统的时间触发设置,在确保跟踪性能的前提下,提出的事件触发策略能显著减少通信需求,有望应用于真实系统。     

基于粒子滤波和人工势场法的放射源搜寻方法

针对放射源搜寻过程中难度大、定位精度低等问题,提出了一种适用于移动机器人的自主寻源方法。该方法利用移动机器人搭载辐射探测器采集的剂量计数值,根据γ射线的衰减规律建立辐射衰减模型;在机器人前进的过程中利用粒子滤波算法对放射源的参数进行实时估计;采用高斯分布函数对重采样后的粒子进行自适应更新,保证重采样后的粒子具有多样性;根据辐射环境创建机器人路径规划模型,采用人工势场法规划机器人的自主寻源路径。实验在Matlab下进行了仿真验证,结果表明,该方法在有遮挡环境下能够搜寻到未知的单点源,同时自适应更新能够提高算法的稳定性,缩小寻源误差。