電腦鼠的設計與控制是微型機器人研究領(lǐng)域的一個重要分支,涉及機器人機械穩(wěn)定性及系統(tǒng)控制問題。本文針對電腦鼠高速運行穩(wěn)定性不足展開研究工作,首先對電腦鼠機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進行分析,然后進行電腦鼠硬件電路設計,改進電腦鼠底層運動控制和頂層路徑優(yōu)化算法,最后利用設計的高端電腦鼠進行相應實驗。本文的創(chuàng)新性研究工作如下:1、針對電腦鼠所需要具備的功能要求,設計電腦鼠車體尺寸；考慮電腦鼠重心高低以及加減速和轉(zhuǎn)彎時重心轉(zhuǎn)移對其穩(wěn)定性的影響,設計了低重心電腦鼠;針對車輪尺寸影響電腦鼠的重心并考慮其附著灰塵能力、輪胎摩擦系數(shù)、器件擺放對轉(zhuǎn)動慣量的影響等,對車輪尺寸和輪胎選型及器件布局進行了全新設計；為增加電腦鼠高速運行和轉(zhuǎn)彎時對迷宮底板的附著力并考慮空氣動力學而設計了吸地風扇。2、構(gòu)建了電腦鼠硬件系統(tǒng)架構(gòu)圖,選用高性價比STM32F103RET6作為核心控制器,完成了包括STM32F103RET6處理器最小系統(tǒng)、紅外接發(fā)電路、轉(zhuǎn)彎陀螺儀電路、電機驅(qū)動電路、吸地風扇電路以及系統(tǒng)電源等電路的設計。3、改進了傳統(tǒng)的底層控制算法。將傳統(tǒng)兩輪獨立控制改為左右輪協(xié)調(diào)控制完成電腦鼠直行和轉(zhuǎn)彎動作;利用陀螺儀、編碼器、紅外矯...

【文章頁數(shù)】：112 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 背景及意義
        1.1.1 課題研究的背景
        1.1.2 課題研究的學術(shù)價值
    1.2 電腦鼠國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 電腦鼠技術(shù)難點
    1.4 本論文章節(jié)安排
第二章 高端電腦鼠結(jié)構(gòu)優(yōu)化
    2.1 IEEE國際電腦鼠走迷宮
    2.2 電腦鼠機械結(jié)構(gòu)分析
        2.2.1 車體幾何尺寸分析
        2.2.2 車體重心和重量轉(zhuǎn)移分析
        2.2.3 電腦鼠車輪分析
        2.2.4 電腦鼠轉(zhuǎn)動慣量分析
    2.3 電腦鼠車體結(jié)構(gòu)選擇和設計
        2.3.1 電腦鼠四輪底盤設計
        2.3.2 電腦鼠輪胎選型
        2.3.3 減速機構(gòu)設計
        2.3.4 車輪設計
        2.3.5 吸地風扇設計
        2.3.6 紅外布局設計
    2.4 本章小結(jié)
第三章 高端電腦鼠硬件電路實現(xiàn)
    3.1 電腦鼠硬件系統(tǒng)架構(gòu)圖
    3.2 核心控制器
        3.2.1 核心控制器選型
        3.2.2 STM32F103RET6核心控制器資源簡介
    3.3 紅外電路設計
    3.4 陀螺儀電路設計
    3.5 驅(qū)動電路設計
        3.5.1 直流電機的PWM驅(qū)動
        3.5.2 全橋驅(qū)動電路
        3.5.3 電機驅(qū)動硬件電路
        3.5.4 PWM(脈寬調(diào)制)技術(shù)調(diào)速
    3.6 吸地風扇電路設計
    3.7 供電電源
    3.8 硬件電路整合
    3.9 本章小結(jié)
第四章 高端電腦鼠的運動控制
    4.1 電腦鼠閉環(huán)控制
    4.2 弧形轉(zhuǎn)彎
    4.3 變加速弧形轉(zhuǎn)彎
        4.3.1 變加速弧形轉(zhuǎn)彎公式計算
        4.3.2 變加速轉(zhuǎn)彎各參數(shù)的求取
        4.3.3 變加速轉(zhuǎn)彎仿真
    4.4 高端電腦鼠的運動姿態(tài)控制
        4.4.1 電腦鼠典型的相對動作
        4.4.2 電腦鼠的姿態(tài)誤差
        4.4.3 搜索階段姿態(tài)誤差與矯正
        4.4.4 沖刺階段姿態(tài)誤差與矯正
    4.5 本章小結(jié)
第五章 高端電腦鼠算法控制
    5.1 傳統(tǒng)算法分析
    5.2 迷宮建模及坐標表示
    5.3 基本的向心算法與洪水算法的求解原理
        5.3.1 基本向心算法迷宮求解原理
        5.3.2 洪水算法迷宮求解原理
    5.4 概率距離算法數(shù)學基礎(chǔ)
        5.4.1 概率距離算法原理
        5.4.2 MATLAB數(shù)據(jù)處理
    5.5 概率距離融合算法
        5.5.1 各區(qū)域傳統(tǒng)算法填充
        5.5.2 概率距離融合算法搜索思想
    5.6 本章小結(jié)
第六章 高端電腦鼠控制實驗
    6.1 電腦鼠輪胎摩擦力實驗
    6.2 電腦鼠紅外特性實驗
    6.3 電腦鼠速度響應實驗
        6.3.1 直線速度測試實驗
        6.3.2 旋轉(zhuǎn)速度測試實驗
        6.3.3 直線速度和旋轉(zhuǎn)速度聯(lián)合實驗
    6.4 電腦鼠位置響應實驗
        6.4.1 直線位置測試實驗
        6.4.2 轉(zhuǎn)彎位置測試實驗
    6.5 算法對迷宮搜索效率實驗
    6.6 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 展望
參考文獻
發(fā)表論文和參加科研情況
致謝



本文編號：3993371