國家自然科學(xué)基金項目《具有輪腿復(fù)合功能的移動平臺新機(jī)構(gòu)研究》課題研一種基于球齒輪機(jī)構(gòu)的新型移動平臺,該平臺能夠?qū)崿F(xiàn)跨步和輪式移動的復(fù)合功能。該基金項目的研究包括移動平臺的機(jī)構(gòu)設(shè)計與加工、以及移動平臺控制系統(tǒng)的設(shè)計兩個部分。本論文研究移動平臺控制系統(tǒng)的設(shè)計,是該項目的重要研究內(nèi)容。 論文首先簡單分析了輪腿機(jī)械結(jié)構(gòu)和移動平臺驅(qū)動原理,明確了移動平臺控制系統(tǒng)的控制對象。然后,建立了的單腿姿態(tài)描述的坐標(biāo)系,研究了單腿姿態(tài)與驅(qū)動機(jī)構(gòu)姿態(tài)的變換關(guān)系,得到了單腿姿態(tài)控制插補(bǔ)算法;在分析移動平臺的各種移動方式的基礎(chǔ)上,研究了平臺的各種移動方式與各單腿動作之間的關(guān)系,得到了各單腿姿態(tài)參數(shù)。在得到了控制系統(tǒng)算法之后,論文采用了功能設(shè)計思維和過程設(shè)計思維相結(jié)合的方法,從系統(tǒng)功能模塊入手著重研究了基于AT91R40008的硬件設(shè)計。首先詳細(xì)分析和設(shè)計了控制系統(tǒng)中的各個功能模塊;然后,進(jìn)行了電路芯片的選型和各個硬件模塊的具體電路設(shè)計,構(gòu)建了基于AT91R40008微控制器芯片的嵌入式硬件系統(tǒng)平臺。最后,針對系統(tǒng)功能比較復(fù)雜,實時性要求高等特點,選用了μC/OS-II實時操作系統(tǒng)。實現(xiàn)了μC/OS-II在AT91...

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題來源及研究意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 論文研究背景及意義
    1.2 復(fù)合式移動平臺的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 新型輪—腿—履帶復(fù)合移動機(jī)構(gòu)（一）
        1.2.2 新型輪—腿—履帶復(fù)合移動機(jī)構(gòu)（二）
        1.2.3 復(fù)合運動模式四足機(jī)器人
    1.3 論文研究的主要內(nèi)容以及組織結(jié)構(gòu)
        1.3.1 論文研究的核心問題
        1.3.2 論文的組織結(jié)構(gòu)
    1.4 本章小結(jié)
第二章 具有輪腿復(fù)合功能的移動平臺概述
    2.1 漸開線式球齒輪機(jī)構(gòu)分析
        2.1.1 漸開線式球齒輪的形成
        2.1.2 球齒輪的嚙合原理
        2.1.3 正確嚙合條件
        2.1.4 連續(xù)傳動條件
    2.2 柔性手腕簡介
    2.3 基于柔性軸機(jī)構(gòu)的復(fù)合移動平臺
        2.3.1 平臺的基本結(jié)構(gòu)
        2.3.2 基于柔性軸機(jī)構(gòu)的復(fù)合移動平臺的基本功能和指標(biāo)
    2.4 本章小結(jié)
第三章 復(fù)合輪腿移動平臺控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計
    3.1 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計方法簡介
        3.1.1 機(jī)電一體化產(chǎn)品基于功能的設(shè)計思維
        3.1.2 機(jī)電一體化產(chǎn)品基于過程的設(shè)計思維
    3.2 復(fù)合輪腿移動平臺控制系統(tǒng)的功能設(shè)計
        3.2.1 復(fù)合輪腿移動平臺控制系統(tǒng)的功能定義
        3.2.2 復(fù)合輪腿移動平臺控制系統(tǒng)的功能分解
    3.3 復(fù)合輪腿移動平臺控制系統(tǒng)的過程設(shè)計
    3.4 本章小結(jié)
第四章 復(fù)合移動平臺姿態(tài)算法研究
    4.1 單軸輪腿姿態(tài)插補(bǔ)算法研究
        4.1.1 單腿姿態(tài)坐標(biāo)系的建立
        4.1.2 輪腿驅(qū)動機(jī)構(gòu)原理
        4.1.3 單腿姿態(tài)插補(bǔ)算法
        4.1.4 單腿旋轉(zhuǎn)運動參數(shù)求解
    4.2 輪式移動插補(bǔ)算法研究
        4.2.1 直線行進(jìn)
        4.2.2 斜向行進(jìn)
        4.2.3 轉(zhuǎn)彎
    4.3 跨步行進(jìn)插補(bǔ)算法研究
        4.3.1 跨步行進(jìn)的整體規(guī)劃
        4.3.2 算法分析
    4.4 復(fù)合移動平臺姿態(tài)算法總結(jié)
    4.5 本章小結(jié)
第五章 復(fù)合輪腿移動平臺的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
    5.1 嵌入式系統(tǒng)的選型
        5.1.1 嵌入式硬件平臺的選擇
        5.1.2 嵌入式操作系統(tǒng)的選型原則
        5.1.3 μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)簡介
        5.1.4 基于ARM和uc/osⅡ的嵌入式開發(fā)平臺
        5.1.5 AT91R40008 內(nèi)部資源分配
    5.2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方法
        5.2.1 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的流程
        5.2.2 嵌入式系統(tǒng)的軟/硬協(xié)同設(shè)計技術(shù)
    5.3 控制系統(tǒng)的硬件平臺設(shè)計
        5.3.1 主控制系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
        5.3.2 單腿控制子系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
        5.3.3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計
        5.3.4 硬件設(shè)計中注意的問題
    5.4 基于MCP2515 CAN控制器的通信接口設(shè)計
        5.4.1 CAN總線概述
        5.4.2 MCP2515 CAN控制器介紹
        5.4.3 MCP2515 的SPI接口的設(shè)計
        5.4.4 基于TJA1050CAN總線驅(qū)動電路設(shè)計
        5.4.5 CAN通信SPI工作方式設(shè)計
    5.5 底層硬件API函數(shù)設(shè)計
        5.5.1 I/O操作函數(shù)
        5.5.2 電機(jī)操作函數(shù)
        5.5.3 串口操作函數(shù)
        5.5.4 CAN操作函數(shù)
    5.6 本章小結(jié)
第六章 復(fù)合輪腿移動平臺控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
    6.1 軟件設(shè)計方法介紹
    6.2 μC/OS-Ⅱ在AT91R40008 上的移植及仿真環(huán)境介紹
        6.2.1 μC/OS-Ⅱ在AT91R40008 上的移植
        6.2.2 Embest IDE for ARM仿真環(huán)境介紹
    6.3 控制系統(tǒng)中通訊協(xié)議的設(shè)計
        6.3.1 復(fù)合輪腿移動平臺控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的通信設(shè)計
        6.3.2 復(fù)合輪腿移動平臺控制系統(tǒng)中CAN協(xié)議設(shè)計
    6.4 主控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
        6.4.1 主控制控制系統(tǒng)軟件功能分析
        6.4.2 主控制控制系統(tǒng)的工作流程
        6.4.3 主控制控制系統(tǒng)的多任務(wù)規(guī)劃
    6.5 單腿控制子系統(tǒng)軟件設(shè)計
        6.5.1 單腿控制子系統(tǒng)軟件功能分析
        6.5.2 單腿控制子系統(tǒng)軟件工作流程設(shè)計
        6.5.3 單腿控制子系統(tǒng)的多任務(wù)規(guī)劃
    6.6 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 本文工作總結(jié)
    7.2 未來工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果



本文編號：3746701