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基于ARM的ROBOCUP足球机器人的word格式.doc
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基于ARM的ROBOCUP足球机器人的word格式.doc
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摘 要
机器人足球比赛是近时年在国际上迅速兴起的一种高技术对抗竞赛。主要涉
及到微机械、机器人学、多传感器信息融合、通信、图像处理、机电一体化、计
算机技术、对策与决策、智能控制和人工生命等多个相关领域。是研究多智能体
系统和分布式人工智能理论的良好实验平台。
足球机器人系统分为通讯子系统,决策子系统,视觉子系统,和机器人小车
子系统四个部分。机器人小车子媳统是整个系统的执行机构,它的性能好坏直接
由车载嵌入式系统决定,论文分析了目前国内外对于足球机器人控制系统的研究
情况,从系统的提升性能、简化设计、扩展功能和应用移植的角度出发,尝试使
用嵌入式系统设计理论设计了基于ARM微处理器的车载嵌入式系统。论文的主要
研究工作具体如下:首先,分析了足球机器人底层控制系统的设计要求,完成了
RoboCuP小型组足球机器人—三轮全向驱动机器人的运动控制算法的设计。建立
了三轮全向移动机器人的系统模型,分析了机器人的运动特性,制定了以ARM微
处理器为核心的系统设计方案。其次,论文重点阐述了足球机器人控制系统的硬
件和软件设计原理,主要包括以ARM7嵌入式处理器为核心的系统组成结构和直
流电机控制模块的设计。论文对核心器件的选型,单元电路的设计,控制原理以
及控制算法都进行了详尽的说明。
关键词:RoboCup;ARM;nRF2401;PID;三轮全向机器人运动控制;
Abstract
Robot Soccer is a high-tech competition which rise rapidly in the last decade. It
mainly related to micro-machinery, robotics, multi-sensor data fusion,
communications, image processing, electromechanical integration, computer
technology, countermeasures and decision-making, artificial intelligent control, and
other related fields. It is a good experimental platform to study multi-agent systems
and distributed artificial intelligence theory.
The soccer robot assembly system divides into four parts: the communication
subsystem, the policy-making subsystem, the visual subsystem, and robot car
subsystem. The robot car subsystem is overall system's implementing agency, its
performance quality immediate influence overall system's performance; The paper has
analyzed present domestic and foreign regarding the soccer robot control system's
research situation, from system's promotion performance, the simplified design, the
extended function and application transplant's angle embarking, the attempt used the
embedded system design theory to design based on the ARM microprocessor's
embedded system. The paper main research work is specifically as follows: First, the
bottom of the soccer robot control system design requirements, completed the robot
soccer RoboCuP small group –three round omnidirectional actuation robot's motion
control algorithm design. Established three round omnidirectional motion robot's
system model, analyze the movement of a robot, developed the system design as
ARM microprocessor core. Secondly, the paper focused on soccer robot control
system hardware and software design principles, including embedded ARM7
processor to the system as the core structure and composition of DC motor control
module design. Papers to the core of the device selection, the unit circuit design,
control theory and control algorithms have carried out a detailed description.
Key words: RoboCup;ARM;nRF2401;PID; Three round omnidirectional
robot motion control;
目 录
第 1 章 绪论 ......................................................................................2
1.1 引言 ..........................................................................................2
1.2 足球机器人的研究背景 ..........................................................2
1.2.1 研究背景....................................................................2
1.2.2 研究意义....................................................................4
1.2.3 RoboCup 简介 ...........................................................5
1.3 足球机器人的发展状况 ..........................................................5
1.4 足球机器人的发展前景 ..........................................................6
第 2 章 足球机器人系统结构 ..........................................................7
2.1 引言 ..........................................................................................7
2.2 设计目标 ..................................................................................7
2.3 足球机器人系统结构 ..............................................................7
2.3.1 机器人小车系统........................................................8
2.3.2 视觉子系统................................................................9
2.3.3 无线通讯系统............................................................9
2.3.4 决策子系统..............................................................10
2.4 足球机器人系统的工作模式 ................................................10
2.5 本论文的研究工作 ................................................................11
第 3 章 足球机器人的机构设计 ....................................................12
3.1 引言 ........................................................................................12
3.2 机构设计概况 ........................................................................12
3.2.1 运动机构设计概况..................................................12
3.2.2 球处理机构设计概况..............................................12
3.3 设计目标 ................................................................................13
3.4 运动机构的分析与设计 ........................................................13
3.4.1 电机的选择和整体结构..........................................13
3.4.2 轮子设计思想..........................................................14
3.4.3 轮子布局..................................................................15
3.5 球处理机构的分析与设计 ....................................................16
3.5.1 带球机构..................................................................16
3.5.2 击球机构..................................................................17
3.5.3 挑球机构..................................................................18
第 4 章 足球机器人的电路系统分析与设计 ................................19
4.1 引言 ........................................................................................19
4.2 主芯片介绍及选择 ................................................................19
4.2.1 主芯片性能..............................................................22
4.2.2 最小系统..................................................................22
4.3 电路系统总述 ........................................................................24
4.4 各个执行机构的驱动和控制电路 ........................................25
4.4.1 运动机构控制电路及其原理..................................25
4.4.2 速度检测电路及其原理..........................................28
4.5 通讯系统 ................................................................................30
4.5.1 串口通讯电路..........................................................30
4.5.2 人机交互电路..........................................................30
4.5.3 无线通讯电路..........................................................31
第 5 章 足球机器人的控制实现及基本动作 ................................35
5.1 引言 ........................................................................................35
5.2 足球机器人的控制实现 ........................................................35
5.2.1 坐标系的确定..........................................................35
5.2.2 车型机器人的数学描述..........................................36
5.3 足球机器人的底层运动控制 ................................................38
5.3.1 PID 控制原理 ..........................................................38
5.3.2 PID 增量式算法 ......................................................39
5.3.3 PID 参数的整定原则 ..............................................41
5.3.4 PID 参数整定的一些经验和方法 ..........................41
5.4 足球机器人的行为 ................................................................41
5.4.1 跑位(Position)..........................................................41
5.4.2 踢球(Kick) ...............................................................42
5.4.3 特殊功能动作..........................................................42
第 6 章 系统软件设计 ....................................................................43
6.1 引言 ........................................................................................43
6.2 软件设计基本思想 ................................................................43
6.3 主程序设计 ............................................................................44
6.4 通信子程序设计 ....................................................................44
6.5 中断服务程序 ........................................................................44
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