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RoboCup中型组足球机器人的设计和开发

作　者: 李伟
导　师: 王慧锋
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: RoboCuP 中型组机器人 软件设计 硬件设计 机器人路径规划
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本文主要介绍了RoboCup中型组足球机器人的背景和发展过程,并着重阐述了基于AT90CAN128控制芯片的足球机器人的硬件设计和软件设计。在硬件的传感器模块中采用高精度的激光测距仪和电子罗盘完成机器人定位功能；通信模块设计并完成了CAN通信模块及USB-CAN转换器,使系统具备了高扩展性；在阐述主要芯片及其工作原理的基础上,设计开发了核心的电机模块和射门模块,并且详细介绍了电机驱动电路和射门控制电路的工作流程及硬件连接图。同时,结合硬件设计,设计开发了相应模块的软件流程及程序,包括传感器模块的激光测距仪和电子罗盘,USB-CAN转换协议的具体转换机制,机器人底层运动的电机控制方案以及调试时方便实用的AT90CAN128的引导程序等。本文最后阐述了路径规划算法在机器人研究中的重要性,考虑到人工势能算法容易形成局部最优解的缺陷,结合RoboCup中型组比赛中常见的比赛情形,提出了基于流函数的多机器人Swarm算法,通过仿真证明该算法可以有效地解决RoboCup中型组比赛中的常出现的比赛情形,灵活地实现了多机器人的协调控制和路径规划。实验表明,软硬件设计符合预期要求,准备参加2012年足球机器人大赛。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 课题的意义  10-11
  1.2 课题的技术背景  11-13
  1.3 国内外发展概况  13-15
  1.4 本论文主要内容  15-16
第2章 足球机器人整体方案设计  16-22
  2.1 系统方案  16-18
    2.1.1 足球机器人功能分析  16-17
    2.1.2 系统设计  17-18
  2.2 基于CAN总线的系统方案  18-21
    2.2.1 设计要求  18-19
    2.2.2 设计方案  19-21
  2.3 本章小结  21-22
第3章 足球机器人硬件设计  22-36
  3.1 传感器模块  22-23
    3.1.1 激光测距仪  22
    3.1.2 电子罗盘  22-23
  3.2 通信模块  23-28
    3.2.1 USB-CAN转换器的原理  23-24
    3.2.2 USB转换芯片FT232BL  24-25
    3.2.3 AT90CAN128的CAN控制器  25-26
    3.2.4 USB-CAN转换器的硬件连接  26-28
  3.3 电机模块  28-32
    3.3.1 电机选择  28-29
    3.3.2 电机控制芯片MC33033  29-30
    3.3.3 电机驱动电路的硬件连接  30-32
  3.4 射门模块  32-34
    3.4.1 射门装置的工作原理  32
    3.4.2 射门模块的触发电路  32-33
    3.4.3 DC-DC变换器  33-34
  3.5 电源模块  34-35
  3.6 本章小结  35-36
第4章 足球机器人软件设计  36-53
  4.1 传感器  36-38
    4.1.1 激光测距仪  36
    4.1.2 电子罗盘  36-37
    4.1.3 实验结果  37-38
  4.2 CAN总线通信  38-40
    4.2.1 CAN控制器的初始化  38
    4.2.2 CAN消息发送和接收  38-39
    4.2.3 实验结果  39-40
  4.3 USB-CAN转换器  40-44
    4.3.1 串行数据帧头  40-41
    4.3.2 握手  41-42
    4.3.3 配置  42-43
    4.3.4 开通/关闭通道  43
    4.3.5 读写CAN消息  43-44
    4.3.6 实验结果  44
  4.4 机器人运动控制  44-50
    4.4.1 机器人的运动模型分析  44-47
    4.4.2 速度控制系统  47-48
    4.4.3 基于PID的电机速度控制  48-49
    4.4.4 实验结果  49-50
  4.5 AT90CAN128的引导程序  50-52
    4.5.1 引导程序  50-51
    4.5.2 读写Flash  51-52
    4.5.3 读写EEPROM  52
    4.5.4 实验结果  52
  4.6 本章小结  52-53
第5章 足球机器人路径规划算法的研究  53-66
  5.1 路径规划简介  53-54
  5.2 人工势能法  54-57
    5.2.1 人工势场法概述  54-56
    5.2.2 人工势场法优缺点  56-57
  5.3 基于流函数的Swarm算法  57-65
    5.3.1 流函数基础理论  57-58
    5.3.2 多足球机器人Swarm模型  58-59
    5.3.3 改进的模型  59-62
    5.3.4 算法仿真  62-65
  5.4 本章小结  65-66
第6章 总结与展望  66-68
  6.1 本文小结  66-67
  6.2 展望  67-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
作者在攻读硕士学位期间发表的论文  72

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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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