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基于DSP的教育机器人及其轨迹跟踪与路径规划算法研究

作　者: 刘岩
导　师: 汪治华
学　校: 重庆理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 教育机器人 DSP Backstepping算法 蚁群算法 轨迹跟踪 路径规划
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


移动机器人是一门集中了机械、电子、计算机、自动控制以及人工智能等多学科最新研究成果的综合学科,代表了机电一体化的最高成就,是机器人研究领域的重要分支,成为自动化、计算机和人工智能等领域的研究热点。教育机器人是专门用于教育领域的智能机器人,以其科技性与趣味性成为培养电子信息、自动化等领域科技人才的重要手段,教育机器人将会作为专门学科的教学内容、作为创新课程的载体、作为信息学科的研究平台进入高校。本课题的目标是研制一种多功能模块化作为学习、科研平台的教育机器人。首先概述了国内外现状,进而提出了一种用于创新工程教育的基于教育机器人的学习平台总体方案,给出了基于教育机器人的学习平台与电子信息工程专业课程的整合设计;其次设计了基于DSP的教育机器人低智能反应式循迹控制系统,教育机器人循迹试验结果达到了预期目标。为满足学生深入学习、研究开发高智能教育机器人的需要,对教育机器人的轨迹跟踪及路径规划算法进行了研究,分析了教育机器人的运动学及跟踪问题模型,基于Backstepping算法以两驱动后轮角速度为控制输入设计了新的轨迹跟踪控制器,并仿真证明了新控制器的有效性,适用于机器人全局轨迹跟踪控制。基于蚁群算法的教育机器人全局路径规划问题,针对蚁群算法的缺点与不足,在路径选择策略、信息素更新策略、启发信息更新策略三方面对蚁群算法进行了改进,并对改进算法进行了收敛性分析,最后通过仿真并与Ant-cycle模型算法比较证明了改进算法的有效性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 课题的研究背景及意义  8-9
  1.2 国内外发展现状  9-13
    1.2.1 教育机器人发展现状  9-11
    1.2.2 移动机器人关键技术发展现状  11-13
  1.3 论文主要研究内容  13-14
2 基于教育机器人的学习平台总体方案  14-22
  2.1 学习平台的内涵  14-15
  2.2 学习平台的功能  15-16
  2.3 基于教育机器人的学习平台与电子信息工程专业课程的整合设计  16-20
  2.4 基于DSP 的教育机器人设计思路  20-21
  2.5 本章小结  21-22
3 基于 DSP 的教育机器人低智能反应式循迹系统设计  22-36
  3.1 系统方案设计  22-25
    3.1.1 基于DSP 的教育机器人低智能反应式循迹系统结构  22
    3.1.2 机械结构  22-24
    3.1.3 电气结构  24-25
  3.2 系统硬件模块设计  25-32
    3.2.1 TMS320LF2407 主控芯片  25-29
    3.2.2 电机驱动模块设计  29-30
    3.2.3 传感器模块设计  30-32
  3.3 系统软件设计  32-35
    3.3.1 系统配置与中断  33
    3.3.2 事件管理器、I/O 端口设置  33-34
    3.3.3 电机调速实现  34-35
  3.4 试验结果  35
  3.5 本章小结  35-36
4 基于 Backstepping 算法的教育机器人轨迹跟踪控制  36-50
  4.1 轨迹跟踪控制  36
  4.2 Backstepping 算法  36-39
  4.3 运动学及跟踪问题模型  39-42
  4.4 新跟踪控制器的设计  42-44
  4.5 仿真结果分析  44-49
  4.6 本章小结  49-50
5 基于改进蚁群算法的教育机器人全局路径规划  50-70
  5.1 蚁群算法的基本原理  50-51
  5.2 问题描述与建模  51-53
  5.3 基于蚁群算法的机器人路径规划  53-55
  5.4 改进的蚁群算法  55-58
    5.4.1 自适应动态调整 q0 策略  55-56
    5.4.2 自适应信息素挥发系数和信息素更新策略  56-57
    5.4.3 动态调整启发信息策略  57-58
  5.5 基于改进蚁群算法的机器人路径规划实现步骤  58
  5.6 改进蚁群算法的收敛性分析  58-62
  5.7 仿真实验与算法比较  62-68
    5.7.1 仿真实验中参数的设置研究  62-64
    5.7.2 算法性能的比较  64-68
  5.8 本章小结  68-70
6 总结与展望  70-72
7 致谢  72-74
参考文献  74-78
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果  78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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