电驱动履带式移动平台控制系统设计(附件)【字数：9144】
摘 要本课题的设计主要是基于履带式的移动平台，目的是如何通过单片机来控制步进电机的转动以实现履带式移动平台的启动、停止、前进、后退等基础功能，略有涉及其避障功能，但不作深入研究。因此本文从阐述课题研究的目的和意义入手，对国内外此项研究的成果做出总结，并找出成果的不足以此来明确自己的设计内容、技术路线。为了达到我们所要的研究目的，需要做很多工作。本文的切入点为系统的整体结构，再根据我们所需要实现的功能设计系统整体结构，接着运用模块化的设计思路将系统划分为不同的模块独立的设计各个功能模块。随后便要了解如何来控制平台的移动，这里就要采用单片机。通过编写程序以单片机来控制步进电机转动，同速同向转动来实现前后的移动，差速转动便可实现移动平台的转向要求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1国内研究现状 1
1.2.2国外研究现状 2
1.2.3国内外现有成果及问题 3
1.3 本文所研究的内容 3
1.4技术路线 3
第二章 履带式移动平台总体结构和驱动系统 5
2.1移动平台结构 5
2.2移动平台控制总体方案 5
第三章 运动控制系统硬件设计 7
3.1硬件整体结构设计 7
3.2步进电机及其控制电路 8
3.3单片机的选型及其结构 10
第四章 控制系统软件设计 12
4.1 软件程序设计 12
4.2主程序的设计 13
4.3控制程序的设计 13
4.4PWM模块 14
第五章 控制系统的调试与检测 16
5.1 控制程序的调试仿真及烧写 16
5．2 控制程序调试仿真的操作流程 16
5.3控制程序烧写操作步骤 17
结束语 20
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
在移动平台的设计中，控制系统的设计关系到平台能否正常的运动，同时也关系到平台 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
是否能按照预期的功能工作，实现设计时所预期的一些功能，所以控制系统的设计显得尤为重要。它是整个移动平台的核心，控制系统是否具有先进性直接影响移动平台的智能程度，过时的系统肯定无法适应现在的复杂工况，因此结合现今的控制理论设计出先进的系统具有现实性意义。移动平台的各种功能全都是在控制系统的统一协调之下实现，控制系统的设计策略也决定着整个移动机器人系统的功能特点和扩展性。本次研究通过查阅资料了解国内外的研究成果，结合自身所学，基于电驱动履带式移动平台设计出一款简单且具有广泛适用性的控制系统。
电驱动履带式移动平台不同于传统的轮式移动平台，因为其独特的机械构造，它具有很多天然优势，能适应更多的作业环境，能胜任更多的工作。控制系统作为协调移动平台各项功能的关键，随着控制系统研究的不断深入，研究范围不断开阔，履带式移动平台的发展会更加迅速。本课题通过研究和学习国内外的研究成果，发现并希望解决现有成果的一些不足。以“较简单的控制算法得到比较好的控制效果”为目标，设计一款同时兼顾通用性和适应性的控制系统，串联起诸如：电驱动模块、运动控制模块等移动平台各个功能模块，力求满足一般履带式移动平台的应用要求，因此可以作为一般履带式移动平台的通用控制系统。
1.2国内外研究现状
如今，使用单片机作为控制核心，以此为基础进行研究和设计的移动平台控制系统运用最为广泛。以PLC为控制核心以此来完成对移动平台控制，以及使用IPC+运动控制器以此来完成对工业机器人控制这两种模式在今天的研究和设计过程中同样占有相当中大的比重。由于运动控制核心的不同，以及工作要求的不同编写合适的程序控制移动平台。
1.2.1国内研究现状
南京理工大学设计了一种双履带差动式机器人，该平台的控制系统运用模块化设计的设计思路,将系统划分成很多模块，根据不同模块的不同功用以此对各个模块进行独立设计从而大大简化了工作难度，其中这些模块主要包含主控、无线通信、运动控制、视觉和传感器等模块。这些系统相互配合共同实现对平台的运动控制。该履带差动式机器人采用嵌入式控制方式，使用三星公司生产的基于ARM920T内核的S3c2410处理器对一种履带式移动平台的运动控制系统进行了深入的学习和缜密的设计，实现了对于一些特殊环境该移动平台仍然可以很好的完成预期的工作内容的目标。纵观整个研究过程，主要的研究内容是完成以视觉为主的移动机器人控制系统的搭建，进而完成对平台的远距离实时视频监控。对比国外的研究成果，该控制系统提出的道路检测算法设计还显得比较粗糙，同时，设计过程中并没有进行移动机器人定位和避障等方面的研究。在我的研究课题中，移动平台的避障是研究的重要环节，在实现移动平台运动的前提下，如何扩展平台的功能也显得十分重要。
以单片机作为下位机来控制移动平台，运用它设计的运动控制器具有很多优势，相较于使用其他的控制器作为下位机设计控制器，用单片机来设计电路原理不但简单明了，而且具有系统的成本低、运行性能良好等优点，因此单片机的使用在一些移动平台中较为广泛。林原等人通过运用HT46R24单片机研究和设计了一种针对于具有人工智能的机器人的控制系统。该系统通过光敏传感器，采用发射红外光的方式针对机器人避障提出了自己的见解。运用红外光传感器实现机器人的避障，传感器内部的光敏电阻受温度影响较大，同时光敏电阻容易受潮，使得机器人的工作条件受到了一定的限制。因此，在我的设计过程中根据移动平台的工作环境选择合适的传感器，例如声波传感器等来扩展移动平台的活动范围。单片机也是我的研究课题的下位机，运动单片机来控制步进电机的运动，从而实现移动平台的前进，后退，转向等是该课题研究的关键点。
整个控制体系中，负责主控和决策的计算机是一台PC机,它主要的作用是发出控制指令,同时对平台进行远程监控,下位机系统包括信息采集子系统、任务决策子系统、运动控制子系统和无线通信子系统下位机子系统之间相互配合以此获取平台的实时信息以及外部环境的实时信息。通过CAN总线的形式来传输信息，完成对左右驱动电机的控制，以实现对整个履带式移动平台的控制。该系统采用模块化设计思路，将整个系统划分成不同的模块，不同的系统模块之间都是自主的运行，大部分时间不会与其他模块产生干涉，不同系统模块之间协调运作。这样的思路可以大大简化设计中遇到的困难，降低设计成本因此成为机器人控制系统设计的主要思路。将控制系统整体划分为控制子系统来研究有助于将难题化简，在我的课题研究中，同样会使用模块化的设计思路。突出主要的问题，找出研究的重点。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1国内研究现状 1
1.2.2国外研究现状 2
1.2.3国内外现有成果及问题 3
1.3 本文所研究的内容 3
1.4技术路线 3
第二章 履带式移动平台总体结构和驱动系统 5
2.1移动平台结构 5
2.2移动平台控制总体方案 5
第三章 运动控制系统硬件设计 7
3.1硬件整体结构设计 7
3.2步进电机及其控制电路 8
3.3单片机的选型及其结构 10
第四章 控制系统软件设计 12
4.1 软件程序设计 12
4.2主程序的设计 13
4.3控制程序的设计 13
4.4PWM模块 14
第五章 控制系统的调试与检测 16
5.1 控制程序的调试仿真及烧写 16
5．2 控制程序调试仿真的操作流程 16
5.3控制程序烧写操作步骤 17
结束语 20
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
在移动平台的设计中，控制系统的设计关系到平台能否正常的运动，同时也关系到平台 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
是否能按照预期的功能工作，实现设计时所预期的一些功能，所以控制系统的设计显得尤为重要。它是整个移动平台的核心，控制系统是否具有先进性直接影响移动平台的智能程度，过时的系统肯定无法适应现在的复杂工况，因此结合现今的控制理论设计出先进的系统具有现实性意义。移动平台的各种功能全都是在控制系统的统一协调之下实现，控制系统的设计策略也决定着整个移动机器人系统的功能特点和扩展性。本次研究通过查阅资料了解国内外的研究成果，结合自身所学，基于电驱动履带式移动平台设计出一款简单且具有广泛适用性的控制系统。
电驱动履带式移动平台不同于传统的轮式移动平台，因为其独特的机械构造，它具有很多天然优势，能适应更多的作业环境，能胜任更多的工作。控制系统作为协调移动平台各项功能的关键，随着控制系统研究的不断深入，研究范围不断开阔，履带式移动平台的发展会更加迅速。本课题通过研究和学习国内外的研究成果，发现并希望解决现有成果的一些不足。以“较简单的控制算法得到比较好的控制效果”为目标，设计一款同时兼顾通用性和适应性的控制系统，串联起诸如：电驱动模块、运动控制模块等移动平台各个功能模块，力求满足一般履带式移动平台的应用要求，因此可以作为一般履带式移动平台的通用控制系统。
1.2国内外研究现状
如今，使用单片机作为控制核心，以此为基础进行研究和设计的移动平台控制系统运用最为广泛。以PLC为控制核心以此来完成对移动平台控制，以及使用IPC+运动控制器以此来完成对工业机器人控制这两种模式在今天的研究和设计过程中同样占有相当中大的比重。由于运动控制核心的不同，以及工作要求的不同编写合适的程序控制移动平台。
1.2.1国内研究现状
南京理工大学设计了一种双履带差动式机器人，该平台的控制系统运用模块化设计的设计思路,将系统划分成很多模块，根据不同模块的不同功用以此对各个模块进行独立设计从而大大简化了工作难度，其中这些模块主要包含主控、无线通信、运动控制、视觉和传感器等模块。这些系统相互配合共同实现对平台的运动控制。该履带差动式机器人采用嵌入式控制方式，使用三星公司生产的基于ARM920T内核的S3c2410处理器对一种履带式移动平台的运动控制系统进行了深入的学习和缜密的设计，实现了对于一些特殊环境该移动平台仍然可以很好的完成预期的工作内容的目标。纵观整个研究过程，主要的研究内容是完成以视觉为主的移动机器人控制系统的搭建，进而完成对平台的远距离实时视频监控。对比国外的研究成果，该控制系统提出的道路检测算法设计还显得比较粗糙，同时，设计过程中并没有进行移动机器人定位和避障等方面的研究。在我的研究课题中，移动平台的避障是研究的重要环节，在实现移动平台运动的前提下，如何扩展平台的功能也显得十分重要。
以单片机作为下位机来控制移动平台，运用它设计的运动控制器具有很多优势，相较于使用其他的控制器作为下位机设计控制器，用单片机来设计电路原理不但简单明了，而且具有系统的成本低、运行性能良好等优点，因此单片机的使用在一些移动平台中较为广泛。林原等人通过运用HT46R24单片机研究和设计了一种针对于具有人工智能的机器人的控制系统。该系统通过光敏传感器，采用发射红外光的方式针对机器人避障提出了自己的见解。运用红外光传感器实现机器人的避障，传感器内部的光敏电阻受温度影响较大，同时光敏电阻容易受潮，使得机器人的工作条件受到了一定的限制。因此，在我的设计过程中根据移动平台的工作环境选择合适的传感器，例如声波传感器等来扩展移动平台的活动范围。单片机也是我的研究课题的下位机，运动单片机来控制步进电机的运动，从而实现移动平台的前进，后退，转向等是该课题研究的关键点。
整个控制体系中，负责主控和决策的计算机是一台PC机,它主要的作用是发出控制指令,同时对平台进行远程监控,下位机系统包括信息采集子系统、任务决策子系统、运动控制子系统和无线通信子系统下位机子系统之间相互配合以此获取平台的实时信息以及外部环境的实时信息。通过CAN总线的形式来传输信息，完成对左右驱动电机的控制，以实现对整个履带式移动平台的控制。该系统采用模块化设计思路，将整个系统划分成不同的模块，不同的系统模块之间都是自主的运行，大部分时间不会与其他模块产生干涉，不同系统模块之间协调运作。这样的思路可以大大简化设计中遇到的困难，降低设计成本因此成为机器人控制系统设计的主要思路。将控制系统整体划分为控制子系统来研究有助于将难题化简，在我的课题研究中，同样会使用模块化的设计思路。突出主要的问题，找出研究的重点。
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