基于嵌入式系统的轮式机器人自主导航技术的研究与实现

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移动机器人自主导航主要包括环境感知与定位、路径规划、运动控制、多传感器融合等多种技术。本文针对一套自主研发的轮式机器人,研究了移动机器人的自主导航技术,设计了基于嵌入式技术的自主导航系统。系统硬件部分主要包括驱动电路子系统、机器人供电子系统、控制电路子系统和传感器子系统。系统嵌入式软件部分采用三层划分的体系结构,自顶向下依次为特征层、慎思层和控制层。系统软件部分还包括了基于VC编程的,用于人机交互的系统控制PC上位机软件。全文重点介绍了路径规划、运动控制和上位机软件三部分内容。在路径规划章节中,首先比较了常用的路径规划算法,之后详细介绍了本论文所使用的路径规划算法,包括软件流程与算法实现细节,实现了在室内环境未知情况下基于二次曲线的路径规划。在运动控制章节中,首先完成了电机PI闭环调速的底层运动控制算法,实现了高精度的电机速度控制,接着详细分析比较了两种路径跟踪策略,完成了基于预瞄法的路径跟踪控制,最后对实际运动测试结果进行了分析,表明跟踪效果良好,实现了机器人平滑连贯流畅的动作控制。在上位机软件章节中,介绍了人机界面功能和操作流程,分析了串口通讯和地图缩放的关键实现方法,实现了友好的人机交互。本文所做工作提高了该轮式机器人的自动化水平,为后续的研究打下了良好的软硬件基础。
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