吸尘机器人螺旋式移动中的姿态控制研究

论文摘要

随着科技水平的不断进步，以及生产成本的不断降低，机器人技术逐渐从工厂走向家庭，开始为每一个普通人服务。作为智能机器人的一个重要分支，家庭机器人的研究与发展越来越被全球所重视。这篇论文中，介绍了一种基于超声波传感器和红外线传感器的吸尘机器人在家庭局部封闭环境中螺旋式移动的姿态控制方法。关键技术是传感器测距的研究和应用，它包括超声波传感器、红外线距离传感器、步进电机和单片机等多种主要元器件的应用，以及相应的数据处理程序。传感器被固定于一个可旋转的底座上，当步进电机带动底座旋转时，同时传感器开始工作，记录下周围障碍物的距离及其角度，经过一定的数据处理及描述，对周围的环境建立起相应的环境模型，以便进一步用于吸尘机器人的避障和姿态控制。论文中介绍了这个姿态控制系统的硬件和软件设计，以及环境数据处理实验平台。经过大量实验，该系统可以实现室内封闭环境的数据采集，并用一定的描述方法进行环境建模。实验还得出了红外线传感器射线发射角度与障碍物平面成一定角度时对其工作的影响，以及该系统所适合的工作范围。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景、目的、意义
• 1.2 吸尘机器人国内外研究发展现状
• 1.2.1 国外吸尘机器人研究发展现状
• 1.2.2 国内吸尘机器人研究发展现状
• 1.3 吸尘机器人导航技术的发展前景
• 1.4 本文的研究内容及创新
• 第二章 吸尘机器人姿态控制的相关技术和工作原理
• 2.1 绪言
• 2.2 吸尘机器人姿态控制技术中的相关理论
• 2.3 传感器技术在吸尘机器人领域的广泛应用
• 2.3.1 多传感器的选择和应用
• 2.3.2 超声波传感器和红外传感器的应用
• 2.3.3 步进电机工作原理和特点
• 2.4 本章小结
• 第三章 姿态控制系统的硬件结构
• 3.1 绪言
• 3.2 姿态控制系统的整体设计方案
• 3.3 机械本体与驱动机构的设计
• 3.3.1 步进电机模块
• 3.3.2 驱动电路设计
• 3.4 距离信息采集硬件模块
• 3.4.1 单片机硬件模块
• 3.4.2 看门狗技术
• 3.4.3 超声波传感器的选用及电路
• 3.4.4 红外线距离传感器的选用及电路
• 3.5 数据传输电路设计
• 3.5.1 总线的选择
• 3.5.2 通信芯片的选择
• 3.5.3 单片机与上位机的通信
• 3.6 实验电路板实物图
• 3.7 本章小结
• 第四章 姿态控制的软件设计
• 4.1 绪言
• 4.2 系统工作流程分析
• 4.2.1 软件设计环境简介
• 4.2.2 系统工作流程分析
• 4.3 单片机初始化程序模块
• 4.4 电机驱动程序模块
• 4.5 环境检测程序模块
• 4.6 A/D转换程序模块
• 4.7 数据处理模块
• 4.8 RS-485通讯模块
• 4.9 上位机接收程序
• 4.10 本章小结
• 第五章 实验方法概述
• 5.1 绪言
• 5.2 实验方案概述
• 5.3 姿态控制方法
• 5.4 环境探测方法
• 5.5 本章小结
• 第六章 实验结果
• 6.1 绪言
• 6.2 超声波环境探测结果
• 6.3 红外线环境探测结果
• 6.4 姿态控制实验
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 发表的学术论文
• 作者及导师简介