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1、目 录摘 要ABSTRACT第一章引言11.1 研究的目的和意义11.2 履带机器人避障系统研究的现状及发展趋势11.2.1 国内履带外机器人避障系统的研究现状11.2.2 国内外履带机器人避障路径规划研究现状.71.3 履带机器人研究存在的问题101.4 论文各部分内容10第二章 基于DSP的履带机器人避障系统硬件原理112.1 系统硬件总体设计方案112.2 履带机器人DSP控制器选择与介绍122.2.1 TMS320F2812芯片介绍132.2.2 系统外部扩展存储器132.3 传感器的选择与介绍142.3.1 声纳传感器142.3.2 航向角传感器162.3.3 速度传感器162.4
2、电机的选择与功率驱动主回路设计172.5 硬件系统抗干扰技术192.6 本章小结20第三章 履带机器人避障方法设计213.1 履带机器人避障控制的总体框图213.2 履带式移动机器人的运动学模型213.3 履带式移动机器人的环境建模223.4 覆盖式路径规划的数学描述243.5 覆盖式路径规划的方法设计253.6 轨迹控制算法的设计263.7本章小结27第四章 基于DSP的履带机器人避障控制算法的仿真284.1 控制算法284.2 避障控制算法的MATLAB仿真304.3 本章小结33第五章 基于DSP的履带机器人避障系统的软件设计345.1DSP开发环境介绍345.2 避障控制系统程序345
3、.2.1 主程序模块345.2.2 避障模块365.2.3 PID模块365.2.4 A/D转换模块385.3 本章小结39第六章 结论与展望406.1结论406.2 研究展望40致谢41参考文献42I基于DSP的履带机器人避障系统研究 摘要摘 要本文设计了基于DSP的履带式机器人避障系统系统。首先对履带机器人的国内外研究和使用现状进行了较为全面和详实的介绍，从而寻求出该课题的研究方向；同时介绍了机器人的各种避障控制算法。其次，介绍了履带机器人避障系统的总体结构方案设计。为实现整个系统的行走及避障功能要求，对系统控制芯片和车轮驱动电机的类型等进行了选择。确定了以 TMS320F2812 DSP
4、为核心控制器，直流电机为主要运动机构的机器人核心部分；同时，设计了机器人的主要硬件构造。本文随后根据控制要求分析了系统所需的硬件结构。搭建了一个基于DSP的机器人控制平台，概括了硬件电路设计中所必须考虑的抗干扰措施。之后阐述了控制系统的软件设计方法。以车轮电机控制采用增量式PID控制算法为重点，介绍了软件控制的总体策略与控制结构，并对仿真结果进行了比较；然后分块介绍各个模块程序与必要的寄存器的设置。最后，总结了作者的研究成果，并阐述需要进一步深入研究的工作。关键词：履带机器人，避障系统，自主导航，DSP系统，运动学模型。ABSTRACTThis article designed the sys
5、tem which has evaded based on the DSP marching robot bonds.First has carried on more comprehensive and a detailed introduction to the caterpillar band robots domestic and foreign research and the use present situation, thus seeks this topic the research direction. Simultaneously introduced robots ea
6、ch kind evades bonds the control algorithm.Next, introduced the caterpillar band robot evades bonds systems gross structure project design. In order to realize overall systems walk and evade bonds the function request, actuated electrical machinerys type to the systems control chip and the wheel and
7、 so on to carry on the choice. Had determined take TMS320F2812 DSP as the core controller, the direct current machine for the main motion robot hard core. At the same time, has designed robots main hardware structure.This article has analyzed the hardware architecture which according to the control
8、request the system needs. Has built one based on the DSP robot control platform, summarized the anti-jamming measure which in the hardware circuit design must consider. Afterward elaborated control systems software design method. Uses the differential motion actuation type caterpillar band robot con
9、trol algorithm takes the wheel motor control as the key point, introduced software controls overall strategy and the control structure, and has carried on the comparison to the simulation result. Then the piecemeal introduced that each module procedure and the essential registers establishment.Final
10、ly, summarized authors research results, and elaborated that needs further deep research work.Key words: Caterpillar band robot, Obstacle avoidance, Autonomous navigation, DSP, Kinematics model.III基于DSP的履带机器人避障系统研究 第一章 引言第一章 引言1.1 研究的目的和意义在人类文明的悠远长河中，我们看到了人类进步的脚印：各种机器的发明大大地减轻了人们的体力劳动；与此同时，电子计算机的发明与推
11、广应用也在很大程度上代替了人们所进行的脑力劳动；而机器人作为二者结合的产物则可以完成许多人类“力所不能及”的工作。机器人移动的研究始于60年代末期。斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和Charles Rosen等人，在1966年至1972年中研造出了取名Shakey的自主移动机器人。目的是研究应用人工智能技术，在复杂环境下机器人系统的自主推理、规划和控制。与此同时，最早的操作式步行机器人也研制成功，从而开始了机器人步行机构方面的研究，以解决机器人在不平整地域内的运动问题，设计并研制出了多足步行机器人。其中最著名是名为General Electric Quadruped的步行机器人
12、。70年代末，随着计算机的应用和传感技术的发展，移动机器人研究又出现了新的高潮。特别是在80年代中期，设计和制造机器人的浪潮席卷全世界。一大批世界著名的公司开始研制移动机器人平台，这些移动机器人主要作为大学实验室及研究机构的移动机器人实验平台，从而促进了移动机器人学多种研究方向的出现。90年代以来，以研制高水平的环境信息传感器和信息处理技术，高适应性的移动机器人控制技术，真实环境下的规划技术为标志，开展了移动机器人更高层次的研究1。开发和研制建设机器人和传统建设机械的机器人化，是工业机器人和特种机器人发展的必然结果，也是建设机械设备发展的方向。随着改革的深入和科学技术的发展，在全行业的共同努力
13、下，我国在研制和开发建设机器人和机器人化的建设工程设备上必将在二十一世纪取得更大的发展。随着建设施工向高级化方向发展，高等级公路、高层建筑和铁路的施工要求愈来愈高，对建设施工设备的要求也日益上升，目前建设工程设备基本上实现了机械化，但一般多停留在人工操纵、控制上，由于施工过程中，所处理的信息量越来越大，人工控制很难达到建设施工的具体要求。必须提高建设机械的性能和功能，逐步使建设机械向着自动化和智能化方向发展【2】。1.2履带机器人避障系统研究的现状及发展趋势1.2.1 国内外履带机器人避障系统的研究现状1国外履带机器人避障系统的研究现状1基于DSP的履带机器人避障系统研究 第二章 系统硬件原理
14、从1959年美国第一台工业机器人到本世纪80年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。到了90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。制造价格不断降低，而其质量与性能却在迅速提高。开拓了机器人行业的新进展。机器人是人类创造的一种特殊机器,在生产和生活等方面,特别是在危险和极限环境作业中,有着广泛的应用前景。机器人正发展成为一个庞大的家族，代替人们从事各种各样的工作。（1）足球机器人避障系统障碍物的描述对路径规划算法以及寻找路径的策略有很重要的意义机器人向目标点运动采用的策略是消除机器人在起始点的方向、位置与目标点之间的角度误差和距离误差，所走的轨
15、迹一般为一条曲线，曲率的大小取决于机器人在起始点的方向和目标点的位置，机器人的方向与起始点到目标点的方向一致时，曲率最小，机器人的方向与起始点到目标点的方向垂直时，曲率最大(因为机器人可以正、反两个方向运动)。为了缩小搜索空间，提高搜索速度，将曲率折衷，搜索范围确定为：目标点为G,避障机器人为R,R到G的距离为L,以L为长，以L/2为宽做一矩形，在矩形范围内的任何机器人(R除外)都视为是障碍，那么比赛场地中就存在一个障碍物的有限集合(由对方机器人以及我方的除避障机器人以外的机器人组成，用O表示)，O=OR1,OR2,.,ORq其中q为搜索范围内的障碍物个数。采用检验交点数法判断比赛场上的其它机器人是否为障碍物(避障机器人除外)。其算法为3：设机器人的中心点为
