移动机器人控制系统设计
世界技能大赛移动机器人运动控制系统设计
0引言世界技能大赛由世界技能组织举办，被誉为“技能奥林匹克”，是世界技能组织成员展示和交流职业技能的重要平台，比赛项目共分为6个大类，分别为结构与建筑技术、创意艺术和时尚、信息与通信技术、制造与工程技术、社会与个人服务、运输与物流。
移动机器人项目属于制造与工程技术领域的赛事之一，随着制造业的转型升级，技能人才的培养也扮演着越来越重要的角色，为了更好地推广移动机器人项目，让更多的院校参与世界技能大赛，让更多的学生学会利用自动控制技术设计世界技能大赛所需的移动机器人，笔者将几年来对移动机器人电机控制、运动规划方面的一些技巧及实现做了总结，旨在让更多的参与者快速学会对移动机器人的控制，更好地推动移动机器人相关专业的发展。
1系统组成1.1系统基本构成世界技能大赛移动机器人项目一般要求参赛队伍所制作的移动机器人具有较为灵活的移动能力，为了满足这一条件，普遍采用全方位移动的机器人设计。
全方位移动机器人具有全方位运动能力，其实现方式关键在于全方位的轮系结构，该结构具备每一个大轮边缘套有小轮的机构，能够避免普通轮系不能侧滑带来的非完整性运动限制，从而实现全方位运动。
在比赛中，机器人较为常用的底盘是用 3 个全向轮组成的底盘运动控制系统。
其中，三个全向轮运动轴心夹角按照 120°进行设计，之间通过3条横梁互为60°连接构成，如图1所示，底盘三个全向轮由独立的电机驱动。
底盘运动信息主要通过三个360线的编码器和一个9轴陀螺仪获取。
图1 三轮机器人效果图（左）及实物图（右）1.2系统主体框架世界技能大赛移动机器人项目所设计的机器人，既要考虑到实用性，又要考虑到使用提供指定套件来搭建。
整个指定套件提供了4个直流电机、3个舵机、1个陀螺仪、2个超声波传感器、2个红外传感器、2个限位开关，设计的机器人需要依赖于上述提供的电气元件。
笔者所使用的三轮平台由核心控制模块（MYRIO）、传感器检测模块、世界技能大赛移动机器人运动控制系统设计 章安福（广州市工贸技师学院，广州，510000）摘 要世界技能大赛移动机器人项目要求设计的机器人能够在2m×4m的平面场地中完成一定的任务，而全向轮式移动机器人为非完整性约束系统，机器人可向任意方向做直线运动而不需事先做旋转运动，同时可执行复杂的弧线运动。
自主轮式移动操作机器人的系统设计与分析的开题报告
自主轮式移动操作机器人的系统设计与分析的开题报告一、研究背景和意义自主移动机器人作为一种能够自主运动的智能机器，已经在生产、服务、军事等领域得到了广泛的应用。
而自主轮式移动操作机器人更是在工业生产中扮演着重要的角色，能够完成多种复杂任务，如搬运、装配、加工等。
因此，自主轮式移动操作机器人的设计和研究是具有重要意义的。
本课题将研究自主轮式移动操作机器人的系统设计与分析，主要包括机器人的硬件设计和控制系统设计。
通过本课题的研究，可以实现自主轮式移动操作机器人在工业生产中的高效运用，提升生产效率和产品质量，降低了成本。
二、研究内容和方法本课题主要研究自主轮式移动操作机器人的系统设计和分析，研究内容包括：1.机器人的机械结构设计：涉及机器人的底盘、悬挂、轮子、驱动装置等部件的设计和组装。
通过借鉴现有的设计，结合实际需要，优化机器人的机械结构，以满足自主移动操作机器人的要求。
2.机器人的控制系统设计：需要研究机器人的控制系统组成、控制策略、程序设计等方面，实现机器人的自主运动和操作。
3.算法和模型：机器人的自主运动和操作需要依赖于一系列的算法和模型，本课题将研究机器人路径规划、决策算法、视觉检测算法等方面，提高机器人在不同环境中的适应性。
研究方法主要包括实验室实践、模拟仿真、数据采集和分析等，还将结合相关文献和专家意见进行分析和讨论。
三、预期成果通过本课题的研究，预计可以达到以下成果：1.实现自主轮式移动操作机器人的硬件设计；2.设计并实现机器人的控制系统；3.研究机器人的算法和模型，以提高机器人在不同环境中的适应性和智能化水平；4.系统分析和性能测试，验证系统在实际操作中的效果和可行性；5.实现自主轮式移动操作机器人在工业生产中的高效运用。
四、研究进度和计划本研究计划分为以下几个阶段：1.文献调研和技术分析：对相关的技术资料和文献进行调研和分析，研究现有的机器人设计和研究现状。
2.机器人的硬件设计：涉及机器人的底盘、悬挂、轮子、驱动装置等部件的设计和组装，包括机械结构的设计、3D打印、装配、调试等过程。
全向移动机器人的运动控制系统设计的开题报告
全向移动机器人的运动控制系统设计的开题报告一、研究背景与意义随着智能制造和服务机器人的迅速发展，全向移动机器人成为了研究热点之一。
全向移动机器人具有灵活性高、操作半径大、动力学性能好、运动自由度多等特点，被广泛应用于物流搬运、零售服务、医院护理等领域。
而全向移动机器人的运动控制系统是一项至关重要的技术，能够直接影响机器人的运行性能和工作效率。
传统的全向移动机器人运动控制方法主要基于轮式移动机器人定位和控制的方法，但是该方法不适用于全向移动机器人。
因此，研究基于全向轮的移动机器人运动控制系统对于提高机器人定位精度和运动自由度，优化机器人运动路径，提高运动控制精度，提高机器人工作效率能起到非常重要的作用。
二、研究内容本文将研究全向移动机器人运动控制系统，主要内容包括以下几个方面：1. 全向移动机器人系统的建模与仿真。
通过建立机器人的数学模型，研究机器人的运动学和动力学特性，并通过仿真平台对系统进行验证和优化。
2. 控制算法的设计与优化。
基于全向轮的机器人控制算法包括路径规划、速度控制和力矩控制。
通过优化控制算法，提高机器人位置和姿态控制的精度。
3. 模块化控制系统设计。
设计模块化控制系统实现对机器人轮式驱动器、IMU （惯性测量单元）、编码器、雷达、摄像头等外部传感器的驱动控制。
并实现与机器人运动控制算法的整合。
三、研究方法本研究采用理论研究和实验研究相结合的方法，通过理论分析和仿真实验验证机器人运动控制算法的正确性和可行性，并通过实物机器人的实验验证所设计的控制系统的性能和稳定性。
四、预期成果本次研究的预期成果包括：1. 全向移动机器人系统的数学模型和建模仿真平台。
2. 基于全向轮的移动机器人控制算法的设计与实现。
3. 全向移动机器人运动控制系统的硬件设计与实现。
4. 机器人运动控制算法的优化。
五、研究计划本研究的计划分为以下4个阶段：1. 研究全向移动机器人基础知识和掌握机器人建模和仿真技术。
完成全向移动机器人的数学模型建立、运动规划算法设计及验证仿真、力矩控制算法设计及验证仿真等。
基于ROS的自主移动机器人控制系统设计
基于ROS的自主移动机器人控制系统设计自主移动机器人是近年来兴起的一种新型机器人，它能够在无人监管的情况下完成一定的任务。
集成控制系统是自主移动机器人的重要组成部分，它可以实现机器人的定位、导航、避障等基本功能。
本文将介绍一个基于ROS（Robot Operating System）的自主移动机器人控制系统设计。
1. ROS简介ROS是一个开源机器人操作系统，它为机器人开发者提供了一套标准化的工具和库，使得机器人软件开发变得更加简单和高效。
ROS是以C++和Python为主要语言开发的，它提供了许多机器人领域常用的功能模块，包括运动规划、感知、控制等。
2. 控制系统的硬件架构自主移动机器人控制系统的硬件架构主要包括机器人本体、传感器、计算机等部分。
机器人本体主要由底盘、电机、轮子等组成，传感器则包括激光雷达、视觉传感器、惯性导航系统等。
计算机可以是嵌入式电脑或者笔记本电脑等。
3. 控制系统的软件设计在ROS中，机器人的控制系统被称为“ROS节点”。
我们需要为机器人的各个模块（底盘、激光雷达、摄像头等）分别创建ROS节点，并在节点之间建立通信机制。
例如，我们可以为底盘设计一个控制节点，为激光雷达设计一个数据处理节点，为摄像头设计一个图像处理节点等。
4. 控制系统的软件框架控制系统的软件框架是ROS节点的整体设计方案，它主要包括节点的定义、通信机制设计、运动规划、障碍物避障等。
在本文中，我们以一个四轮差速机器人为例，介绍自主移动机器人控制系统的软件框架。
(1) 定义节点我们需要为机器人的各个功能模块定义ROS节点，例如底盘控制节点、激光雷达节点、摄像头节点等。
在定义节点时，需要指定节点的名称、输入输出消息类型等。
(2) 通信机制设计在各个节点之间建立通信机制，可以使用ROS的消息机制实现。
节点之间可以发布（Publish）和订阅（Subscribe）消息，实现数据的传输与共享。
(3) 运动规划运动规划是机器人控制系统的重要组成部分，它可以实现自主导航和路径规划。
智能化移动机器人系统的设计与控制
智能化移动机器人系统的设计与控制第一章：引言随着科技的不断进步，人们对人工智能和机器人等先进技术的需求逐渐增加。
智能化移动机器人系统作为一种典型的人工智能应用，其研发和应用受到了越来越多的关注和重视。
本文将详细探讨智能化移动机器人系统的设计和控制等方面，旨在为该领域的研究和应用提供一些有益的参考。
第二章：智能化移动机器人系统的组成智能化移动机器人系统由多个部分组成，包括机器人本体、传感器、控制器等。
在这些部分中，机器人本体是智能化移动机器人系统的核心组成部分。
机器人本体主要由底盘、摄像头、机械臂等组成。
传感器则主要包括激光雷达、摄像头、声纳、距离传感器等。
控制器则是整个智能化移动机器人系统的“大脑”。
控制器通过接收传感器捕捉到的数据和机器人本体的反馈信号来进行决策和控制。
第三章：智能化移动机器人系统的设计智能化移动机器人系统的设计是整个系统的关键。
设计的好坏直接影响系统的性能和稳定性。
设计时需要考虑的因素包括机器人本体的重量、形状、速度、功率以及传感器的种类和数量等。
同时还需要考虑传感器和控制器之间的信息传递速度，以及控制系统是否可以快速响应机器人的变化。
在设计智能化移动机器人系统时，需要确定机器人的目标和应用环境。
例如，若机器人用于室内清洁，则需要考虑机器人本体的大小，以便在狭小的空间内行走。
同时还需要考虑机器人本体的动力是否充足，以覆盖室内较大的面积。
如果机器人用于监测环境，则需要考虑传感器的种类和数量，以便获取与任务相关的数据。
第四章：智能化移动机器人系统的控制智能化移动机器人系统的控制是整个系统的关键。
控制系统需要实现机器人的自主导航和控制。
机器人的自主导航需要通过传感器获取周围环境的数据，然后通过控制器对机器人进行决策和控制。
同时，控制系统还需要具备自我学习的能力，以提高机器人的智能性。
在智能化移动机器人系统的掌控下，机器人可以行走、转向、提取和运载物品、进行信息传递、调整自身位置、检测和记录环境变化等。
轮式移动机器人控制系统设计
轮式移动机器人控制系统设计轮式移动机器人控制系统设计一、引言随着科技的不断进步和机器人技术的快速发展，移动机器人已经广泛应用于工业、军事、医疗等领域。
轮式移动机器人由于其稳定性和灵活性被广泛应用，因此其控制系统的设计显得尤为重要。
本文将探讨轮式移动机器人控制系统的设计原则、结构和实现方法。
二、轮式移动机器人的基本机构轮式移动机器人一般由底盘、轮子、传感器和控制器组成。
底盘是机器人的主要支撑结构，承载其他各部件，并在其上装载各种设备。
轮子是机器人行进和转向的关键组件，具有较大的摩擦力和承载能力。
传感器可以获取环境信息，并将其转化为电信号传输给控制器。
控制器根据传感器信息和预设的任务要求来实时控制机器人的行为。
三、轮式移动机器人控制系统设计原则1. 清晰明确的任务目标：在进行轮式移动机器人控制系统设计之前，首先要明确机器人的任务目标。
基于任务目标，确定机器人的控制策略和参数，以便更好地实现任务需求。
2. 稳定性和可靠性：轮式移动机器人需要在各种复杂环境下进行工作，因此其控制系统必须具备较好的稳定性和可靠性，以应对各种不确定性因素的干扰。
3. 灵活性和适应性：轮式移动机器人具有灵活的机动性和适应能力，因此其控制系统应具备较高的灵活性，能够根据环境变化和任务需要做出相应的调整。
4. 实时性：由于轮式移动机器人需要实时地感知环境并做出响应，因此控制系统设计中的算法和通讯机制要具备较高的实时性，以确保机器人的快速响应能力。
5. 省电性：由于移动机器人工作时往往需要依靠电池供电，而电池续航能力有限，因此控制系统设计中要尽量优化能源消耗，提高电池利用率，延长机器人工作时间。
四、轮式移动机器人控制系统结构轮式移动机器人的控制系统一般采用层次化的结构，包括感知层、决策层和执行层。
1. 感知层：感知层是轮式移动机器人控制系统的底层，负责感知环境信息。
常用的感知装置包括激光雷达、摄像头、红外传感器等。
感知层通过采集环境信息并对其进行处理，将处理后的信息传递给决策层。
移动机器人运动控制系统设计的开题报告
移动机器人运动控制系统设计的开题报告一、选题背景及意义近年来，移动机器人得到了越来越广泛的应用，从智能巡检、物流配送到医疗护理等领域，移动机器人可以自主地完成一定的任务。
其中，移动机器人运动控制系统是保证其正常运行和高效完成任务的核心部分之一。
因此，移动机器人运动控制系统的设计及研究具有重要的现实意义和应用价值。
本文将针对移动机器人运动控制系统的设计，围绕以下几个方面进行研究：1.针对现有的移动机器人运动控制系统存在的问题，总结其优缺点，提出新的解决方案；2.设计一种基于视觉传感的移动机器人运动控制系统，利用视觉传感器实现机器人的定位和路径规划，提高机器人的运动精度和路径规划效率；3.探究移动机器人的运动学和动力学模型，分析机器人运动的各种因素，建立机器人运动控制系统的数学模型，并进行仿真验证，验证系统的可行性和效果。
二、研究内容1.现有移动机器人运动控制系统问题的总结和分析。
2.基于视觉传感的移动机器人运动控制系统设计，实现机器人定位和路径规划，提高机器人运动精度和路径规划效率。
3.探究移动机器人的运动学和动力学模型，建立机器人运动控制系统的数学模型，进行仿真验证。
4.对系统进行实验验证，分析系统的性能指标和应用效果，完善和改进系统设计。
三、预期成果1.对现有移动机器人运动控制系统的问题进行总结和分析，提出新的解决方案。
2.基于视觉传感的移动机器人运动控制系统的设计与实现，提高机器人运动精度和路径规划效率。
3.建立移动机器人的运动学和动力学模型，掌握机器人运动控制的基本理论。
4.对系统进行仿真验证，验证系统的可行性和效果。
5.对系统进行实验验证，分析系统的性能指标和应用效果，完善和改进系统设计。
四、研究方法和技术路线1.文献研究法：查找和阅读与移动机器人运动控制系统相关的文献资料，对现有系统的缺陷和不足进行总结和分析。
2.方案设计法：设计基于视觉传感的移动机器人运动控制系统，实现机器人定位和路径规划，提高机器人运动精度和路径规划效率。
基于ROS的开源移动机器人系统设计
基于ROS的开源移动机器人系统设计ROS（Robot Operating System）是一个开源的机器人操作系统，广泛应用于各种移动机器人平台。
在设计基于ROS的开源移动机器人系统时，需要考虑机器人的硬件平台、软件架构、传感器集成、控制与导航等方面。
一、硬件平台设计硬件平台是移动机器人系统的基础，需要根据具体需求选择适合的硬件组件。
常见的硬件组件包括电机、传感器（如激光雷达、摄像头、惯性测量单元等）、嵌入式控制板等。
硬件平台的设计需要考虑机器人的尺寸、载重、功耗等特性，同时要与ROS兼容。
二、软件架构设计在基于ROS的移动机器人系统中，软件架构设计起着关键作用。
可以采用分层架构，类似于ROS自身的设计。
常见的软件架构包括感知层、规划层、执行层等。
感知层负责获取机器人周围环境的信息，规划层负责生成机器人的路径规划，执行层负责执行路径规划控制机器人运动。
此外，还可以设计上层的用户界面和运维管理模块。
三、传感器集成设计移动机器人系统通常需要使用多种传感器，如激光雷达、摄像头、惯性测量单元等。
传感器集成设计需要考虑硬件的连接和通信协议，以及软件的驱动和数据处理。
在ROS中，可以使用ROS官方提供的传感器驱动包，也可以自行开发传感器驱动。
四、控制与导航设计控制与导航是移动机器人系统的核心功能。
在ROS中，可以使用导航栈（Navigation Stack）实现机器人的路径规划和导航。
路径规划可以使用ROS导航栈中提供的全局路径规划器（Global Planner）和局部路径规划器（Local Planner）来完成。
导航栈还提供了定位功能，可以使用SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）算法实现机器人的自主定位。
五、模块和功能的扩展基于ROS的开源移动机器人系统非常灵活，可以根据具体需求扩展功能和添加模块。
可以使用ROS的Package和Node机制，将整个系统划分为多个独立的功能模块，每个模块运行在一个独立的Node中，通过ROS的消息机制进行通信。
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ELECTRONICS WORLD・技术交流
移动机器人控制系统设计
广东工业大学 侯晓磊
随着移动机器人在人们社会生活中的地位不断提高，设计一种
可靠、稳定的机器人控制系统越发的变得重要起来，以NI公司的MyRIO控制器以其安全可靠、编程开发简单而脱颖而出。
本文基于上述控制器、L298N电机驱动芯片Labview设计一种移动机器人控制软硬件系统系统，经验证，该系统运行稳定、可靠、高效。
1.前言
新一轮科技革命引发新一轮产业革命。
“互联网+制造”构建工业4.0，智能制造成为我国由制造大国向制造强国转变的关键一步，移动机器人作为智能制造中的一个组成部分，作用越发的变得举足轻重。
本文给出一种以MyRIO+L298N+Labivew的移动机器人控制系统。
2.IN MyRIO控制器
NI myRIO是NI最新设计的嵌入式系统设计平台。
NI myRIO中内含双核ARM Cortex-A9，实时性高，并且还可以便捷定制FPGA I/ O，给开发设计人员提供更好的设计复杂系统的平台。
NI myRIO作为可重配置控制器具有以下重要特点：
易于上手使用：引导性安装和启动界面可使开发人员更快地熟悉操作，协助开发人员快速了解工程概念，完成设计任务。
编程设计简单，利用实时应用、内置WiFi等功能，开发人员可以实现远程部署应用，“无线”操控。
板载资源众多：有丰富的数字I/O接口，提供SPI串行外设接口、PWM脉宽调制输出端口、正交编码器输入端口、UART异步收发器端口和I2C总线接口、多个单端模拟输入、差分模拟输入和带参考的模拟输入等可供选择的资源。
另外，NI MyRIO还提供可靠性能较好的控制器保护电路，防止由于意外操作造成控制器不可恢复性损坏，总之，NI MyRIO为开发人员提供了一个编程简易，设计电路方便，不用刻意担心意外操作而影响控制器使用的平台。
3.L298N电机控制芯片
L298N是一种用来驱动电机的集成电路，可以较稳定的输出平稳电流和较强的功率。
工作均电流为2A，最高可达4A，最高输出电压为50V，能够带动带有感性元件的负载。
控制器可以直接通过输入输出口与电机驱动芯片联接，从而方便控制驱动芯片的输出。
如将芯片驱动直流电机时，可以直接与步进电机相联接，通过调节控制器输出实现步进电机的的正反转功能当控制直流电机时，可以通过调节控制芯片的电压信号的极性，PWM波的占空比，从而实现直流电机转速和转向的调节。
4.系统硬件部分设计
系统采用MyRIO整体框架，外围增设电机驱动电路、避障驱动电路、里程计电路、液晶显示电路、陀螺仪电路。
通过MyRIO主控制发送控制信号驱动移动机器人运动，实时通过外围传感器获取位置信息反馈给主控制
器，然后控制器通过闭环系统调节当前位置以保证对目标位置的追踪。
图1
5.系统软件部分设计
系统软件部分采用经典控制理论的闭环控制系统，将电机、主控制器和外设传感器构成闭环系统，通过调节闭环统的参数，来使
移动机器人以较小偏差追踪按照预定轨迹。
图2
6.结束语
本文介绍了基于NI MyRIO控制器设计移动机器人控制系统，通过仿真和实物测试，能较好的完成对任务的追踪踪。
参考：From Student to Engineer:Preparing Future Innova-tors With the NI LabVIEW RIO Architecture .2014-04-01；王曙光,袁立行,赵勇.机器人原理与设计.人民邮电出版社,2013 。