基于混合式結(jié)構(gòu)的陪護(hù)機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、本課題以國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)重點(diǎn)課題《助老/助殘機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究》為背景，研究實(shí)用型陪護(hù)機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，從成本和實(shí)用性的角度出發(fā)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室原有機(jī)器人在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題，重新設(shè)計(jì)機(jī)器人控制系統(tǒng)，完成了實(shí)用型機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，完成了各模塊的軟硬件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)的集成，完成了系統(tǒng)各單元及整體的調(diào)試與測(cè)試。
　　設(shè)計(jì)了一種基于CAN總線通信系統(tǒng)的混合型控制結(jié)構(gòu)即將分層遞階型結(jié)構(gòu)和包容型結(jié)構(gòu)相結(jié)合的

2、方式實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)控制。采用分層設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)的思想，將機(jī)器人控制系統(tǒng)分為任務(wù)協(xié)調(diào)層、行為規(guī)劃層、行為控制層和運(yùn)動(dòng)控制層四層；采用三級(jí)分布式結(jié)構(gòu)，完成了機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；采用高性能DSP控制器TMS320F28335，開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了部分單元控制級(jí)模塊，增加了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、開(kāi)放性和可擴(kuò)展性。
　　針對(duì)原機(jī)器人控制系統(tǒng)里程計(jì)模塊輸出跳變和更新周期長(zhǎng)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了新的里程計(jì)定位單元，采用雙緩沖濾波作為輸入輸出的容錯(cuò)機(jī)制，增加了信號(hào)出

3、錯(cuò)處理功能，采用定時(shí)器中斷方式實(shí)現(xiàn)里程計(jì)定時(shí)更新，縮短了數(shù)據(jù)更新周期。
　　設(shè)計(jì)了機(jī)器人底輪與頭部位置伺服系統(tǒng)，采用DSP+伺服驅(qū)動(dòng)器的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制，引入積分分離PID算法設(shè)計(jì)了機(jī)器人位置控制器，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人軌跡插補(bǔ)、位置控制功能。
　　設(shè)計(jì)了基于DSP的機(jī)器人避障子系統(tǒng)，選用接近圖算法作為避障算法，并針對(duì)機(jī)器人平臺(tái)和應(yīng)用要求進(jìn)行了改進(jìn)和實(shí)現(xiàn)，使機(jī)器人可以在未知?jiǎng)討B(tài)環(huán)境中自主避障。針對(duì)可能存在未知、動(dòng)態(tài)障礙物的非結(jié)

4、構(gòu)化環(huán)境，提出了一種基于路徑關(guān)鍵點(diǎn)的機(jī)器人路徑動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，將機(jī)器人路徑動(dòng)態(tài)規(guī)劃分為全局路徑規(guī)劃和局部避障兩層，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃功能。
　　最后，對(duì)新設(shè)計(jì)機(jī)器人控制系統(tǒng)和原控制系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，里程計(jì)模塊抗干擾能力提高，輸出準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性明顯提高，更新周期縮短為50ms，只有原里程計(jì)更新周期的四分之一；機(jī)器人運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性得到提高；機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下的反應(yīng)能力及自主避障能力提高；機(jī)器人在復(fù)雜家庭環(huán)境下的路徑規(guī)劃能