哈尔滨工业大学2009届本科优秀毕业设计（论文）选集
竞技型轮式移动机器人控制系统的设计与调试
机电工程学院：尉成果__ 指导教师：张飞虎
摘 要：本文主要研究竞技性轮式移动机器人控制系统的软硬件设计与调试。通过研究软件部分主要内容中的速度控制，基于双随动码盘和寻线全场的定位、导航算法，提出了一种新的导航算法，并将其应用于实际设计与调试中。硬件设计主要是控制系统构架的选择。确立了以ARM为中心的控制体系，并选择合适的控制芯片，然后制作电路板。将调试通过的电路板实际应用于机器人上。
关键词：机器人；ARM；速度控制；定位导航；PID
Abstract：This paper introduces software and hardware design and the competitive wheeled mobile robot control system debug. By studying the speed control of major contents of software, position and navigation algorithms based on the dual code with the dynamic disk and finding the whole line, a new navigation algorithm is established, and applied in the actual design and debugging. The main design of the hardware is about the choice of the control system architecture. A control system around the center of ARM is established, the appropriate control chip is selected, and then the circuit board is made.
Key words：robot__ ARM_ speed control_ navigation_ PID
1 引 言
人类与机器人之间的合作是本次2009 年东京ABU 亚太机器人比赛的主题。在工业上，机器人的应用已经司空见惯。新型机器人的研发现在也变得非常必要，比如在老人和残疾人的看护和紧急时期的救援工作这些领域。他们必须具有人类的善良和合作的特质，在速度、力量和精度上都远远高于传统机器人的要求。从这个新视角出发，机器人的设计希望可以满足日后日益增长的需求。2009 年东京机器人大赛希望可以作为人工(或者直接人工控制)和自动机器人之间合作目标实现的一个阶梯。这不是一件容易实现的挑战，但是确实具有非常重要的价值。本课题的研究和设计任务就是2009年东京机器人大赛的参赛作品——竞技型轮式移动机器人的控制系统的设计与调试。
2 针对比赛规则及控制要求
2.1 比赛规则概述
比赛的主题是一起敲响胜利之鼓，它是基于过去使用抬轿子旅行的一个游戏。
按照比赛规定，每个队只能有三台机器人：自动轿夫机器人，手动轿夫机器人和旅行机器人。 自动轿夫机器人在前面，手动轿夫机器人在后。他们合作把坐在轿子里面的自动的旅行机器人抬起来，在其他队伍之前完成全部旅行任务。这个过程中设置了各种各样的任务，包括爬山和过树林。轿子和旅行机器人一定不可以掉下来，而且轿子和旅行机器人不能接触轿夫机器人，当旅行机器人到达得分区的时候，它必须要敲三声鼓。第一个敲响三个鼓的参赛团队为胜利者。每场比赛分为红蓝两队，一场比赛持续三分钟。比赛规定轿子的一端必须是游动的，两个轿夫机器人不能接触除了轿杆以外轿子的任何部位。机器人之间不能通信。场地如图2-1.
图2-1 比赛场地图
2.2 控制方案的设计
综合分析了规则的要求以及我们的控制手段之后，可以发现如果是采用自动机器人和轿子固定，手动机器人的一端随动的话，那么一旦手动机器人出现故障，自动机器人不能得知当前情况，将会继续走下去导致事故发生，所以采用了后台机器人和轿杆固定，前台自动轿夫机器人设计成游动的，这样如果手动机器人故障，自动机器人可以通过检测轿杆在机器人上的滑动量控制机器人的速度，以保证轿杆不掉下来。如果通过人的手动操作来配合自动机器人的话，对手动操作者的要求较高，也不符合机器人技术发展的方向。所以在最初方案制定的时候我们决定采用自动机器人配合手动机器人的策略，手动机器人尽量做成自动的，最大限度的降低对手动操作者的要求。控制要求：