全方位移动机器人的研制

论文摘要

全方位移动机器人已经成为机器人研究领域的一个重要分支,与普通移动机器人相比,它提高了机器人的作业范围和复杂作业的适应能力。在军事、危险操作和服务业等许多应用场合,都需要机器人能够实时通过无线通讯接受控制命令,以期望的速度、方向和轨迹灵活自如地移动。本文针对基于Internet的遥操作系统研制了全方位移动机器人,并实现了全方位移动及定位避障功能。本文研制的全方位移动机器人,外形为桶形,包括三组车轮模块,每组车轮模块为同心方向轮形式,由一个控制车轮滚动的步进电机和一个控制车轮转向的步进电机驱动。为了进行避障和定位,机器人上布有32个用于近距离测距的红外传感器和12个用于远距离测距的超声测距模块;由八个固定在机器人上的超声探头和三个固定在工作空间边缘的超声探头共同完成定位。控制系统核心为工控机,它控制电机驱动模块、传感器信息采集模块和通讯模块等。提出了机器人的定位方案,并采用了冗余信息融合定位算法。机器人的定位方式为超声波对射式定位。首先测量机器人与固定在工作空间边缘的超声探头的距离,根据几何知识即可确定机器人的位置。由于超声定位方法有一些原理误差,使定位不够精确。针对其中的波头滞后误差提出了冗余信息融合定位法。经实验证明,此方法能够提高定位精度。确定了机器人的避障策略,并将模糊神经网络应用到机器人避障算法中。传感器的数量比较多,所采集数据的处理也比较复杂。用于避障的超声测距模块的数据经过一些处理后,输入给模糊神经网络,模糊神经网络中的参数通过Matlab仿真训练求得。红外传感器主要控制近距离避障,在安全阈值以外时用模糊神经网络处理数据,超过安全阈值则令机器人马上停止。最后应用此避障方法做了机器人避障实验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外全方位移动机器人的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 现有研究对比分析
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 第2章 全方位移动机器人的研制
• 2.1 引言
• 2.2 机械本体结构设计
• 2.2.1 总体方案的提出
• 2.2.2 车轮模块结构设计
• 2.3 传感器系统设计
• 2.3.1 传感器的选型
• 2.3.2 传感器的布局
• 2.4 运动控制系统设计
• 2.4.1 控制系统方案的确定
• 2.4.2 全方位移动的运动学分析
• 2.4.3 运动耦合问题及其解决方法
• 2.4.4 全方位运动软件设计
• 2.5 全方位运动实验研究
• 2.5.1 直线运动实验
• 2.5.2 自转运动实验
• 2.6 本章小结
• 第3章 全方位移动机器人的定位方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 定位方案设计
• 3.3 基于冗余超声波信息融合的绝对定位方法研究
• 3.3.1 超声波定位误差分析
• 3.3.2 超声波定位方法分析
• 3.3.3 冗余信息融合定位法
• 3.4 超声波定位系统电路设计
• 3.4.1 超声波发射电路
• 3.4.2 超声波接收电路
• 3.5 超声波绝对定位实验
• 3.6 本章小结
• 第4章 全方位移动机器人避障算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 避障策略
• 4.3 基于模糊神经网络的避障算法
• 4.3.1 模糊神经网络结构设计
• 4.3.2 模糊神经网络学习训练及结果
• 4.4 移动机器人避障实验
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢