移动机器人的路径跟踪

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1、移动机器人的路径跟踪摘要本文给出了一种移动机器人路径跟踪系统的实现方案。硬件系统以DSP为核心处理器，通过摄像头实时采集路径信息，经处理后得到偏差信息以便于控制移动机器人的下一步动作，从而实现移动机器人路径跟踪。在建立移动机器人运动学模型的基础上，根据最优控制原理进行控制器的设计。为提高系统的实时性，在进行图像处理时采用了一种改进的中值滤波算法。在文章的最后，基于滑模变结构控制理论，简要介绍了一种滑模控制的实现方法，并给出理论上的证明。关键词：移动机器人，路径跟踪，滑模控制，最优控制TrackingControlofMobi

2、leRobotsABSTRACTThispaperinvestigatesthemethodofControlofMobileRobotsSystem。Basedonthemodelofmobilerobot，accordingtotheoptimumcontroltheory，anoptimumcontrollerisdesigned。InthisSystem，Itisalsoconcemedthathowtoobtainimagesfromthecameraandhowtodealwiththescene，thedesi

3、gnofthehardwareispresented，themainprocessorisDSP(DigitalSignalProcessing)．Improvingthesystem’Srealtime，afastmedianfilteringalgorithmisintroduced．Intheend，aslidingmodecontrollawisproposedSOthattheoutputtrackingerrorcanconvergetozero。Keywords：MobileRobot，TrackingCont

4、rol，SlidingModeControlOptimumControl致谢本人在从事课题研究及撰写论文过程中，得到导师温阳东教授、杨杰副教授的精心指导，在此向他们表示深深的感谢。他们严谨的治学态度，高度的工作热情和敬业精神，使我收益匪浅，特别是他们正直高尚的人格，令我敬仰。同时，感谢合肥工业大学现场总线研究室的姚国强、束保华、杨国宇、吴丽娟、黄曼青、杨兴民、康宇同学，感谢他们在我做课题和论文期间给我的支持和帮助。插图清单图1．1路径跟踪示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图2．1有限时间最优调节系统的结构图⋯⋯⋯．图2．2车体结构简

5、图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图2．3移动状态和偏差示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图2．4移动机器人动力学框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．图2．5小偏差线性等效图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．图2．6系统的数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．图2．7最优状态反馈控制图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．图2．83个状态变量的单位阶跃响应⋯⋯⋯⋯．图3．1一个行周期的黑白电视信号⋯⋯⋯⋯⋯图3．2全电视信号示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图3．3低阶无源低通滤波器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图3．4视频放大电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图3．5TLC5540及其外围电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图3．6使用内部电阻产生偏

6、置电压电路图⋯⋯图3．74级流水线操作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图3．8存储器扩展电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图3．9外部晶振与自检电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图4．1移动机器入视觉系统原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯图4．2CCD工作原理图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．图4．3中值滤波器常用窗口⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图4．4中值滤波实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．图4．5含有n×n个像素的方形滤波器窗口⋯．图4．6窗口移动示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一图4．7数据元素对半查找⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．图4．8数据元素的内插⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一图4．9改进的中值滤波算法流程图⋯⋯⋯⋯⋯

7、图4．9二值化示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．图4．1l基于视觉的控制系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯埘删㈣㈣㈣㈣㈣㈣㈣㈣㈣删蚴删删㈣删删州删㈣删㈣删彻㈣㈣㈣㈣图4．12偏差信息的提取(42)移动机器人的路径跟踪第一章概述1．1移动机器人的发展现状1．机器人定义m从第一台机器人诞生到现在虽已有半个多世纪，但国际学术界至今没有对机器人作出统一的定义，专家们关于什么是机器人的说法往往各有侧重。我国学者对机器人的定义大同小异，综合诸家的解释，可以认为机器人是具有如下功能的机器：(1)．动作机构具有类似于人或其它生物体某些器官(肢体，感官等)的功

8、能；(2)．有通用性，工作种类多样，动作程序灵活多变；(3)．有一定程度的智能，如记忆，感知，推测，决策和学习等；(4)．有独立性，完整的机器人系统(机器1在工作中可以不依赖人的操纵。按照机器人从低级到高级的发展程度，一般认为有三代机器人：第一代机器人，主要是指只能以“示教一再现”方式工作