移动机器人触须传感器的机理研究

论文摘要

伴随着移动机器人传感器技术的发展,触须传感器成为了国内外的研究热点。国外开展了很多这方面的研究,研究证明:触须传感器已经成为了智能机器人的重要组成部分。根据国外的研究成果和啮齿类动物触须的机理,开发和设计了触须传感器,本文围绕触须传感器进行了如下的研究和实验:1.分析和研究了国内外的触须传感器的工作原理和设计思想,剖析了啮齿类动物触须的结构和机理,研制了新型触须传感器。它采用了柔性触须,不同于以往的刚性触须传感器,在原理上更符合动物触须的结构和机理。2.完成了基于PC机的移动机器人触须传感器系统设计。通过该系统可以实现移动机器人的运动控制、传感器数据的实时采集,进而可以完成触须传感器的接触位置判断、躲避障碍物等基础实验,还可以作为传感器标定的平台。3.分析了柔性触须接触外界物体时接触位置的判断方法。从振动学的角度来建立了触须接触物体时的振动模型,得出了接触位置与振动基频之间的相互关系。4.完成了PSD性能的测试和接触位置的判别实验。PSD的测试实验表明: PSD线性度很好,完成可以满足传感器系统的需求。通过大量的接触位置判别实验,验证了柔性触须接触位置与其振动频率一一对应关系。5.简要介绍了机器人躲避障碍物的几种常见技术,然后对比分析了机器人触须系统的优势所在,并利用触须传感器系统完成了躲避障碍物的实验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 机器人技术的概况
• 1.2 触觉传感器的发展现状
• 1.2.1 国外触觉传感器的发展现状
• 1.2.2 国内触觉传感器的研究现状
• 1.3 本文的研究目的、意义以及主要研究内容
• 1.3.1 研究的目的和意义
• 1.3.2 主要研究内容
• 第二章 移动机器人触须传感器的工作原理
• 2.1 国内外移动机器人触须传感器发展现状
• 2.2 动物触须的简介
• 2.3 移动机器人触须传感器
• 2.3.1 移动机器人触须传感器设计的总体思想
• 2.3.2 触须传感器的结构总体设计
• 2.3.3 触须传感器的信号处理过程
• 2.4 本章小结
• 第三章 移动机器人触须传感器系统的设计
• 3.1 移动机器人触须传感器硬件系统的总体设计
• 3.2 移动机器人触须传感器系统的硬件平台的搭建
• 3.2.1 运动控制卡介绍
• 3.2.2 数据采集卡介绍
• 3.2.3 PSD 的工作原理以及选用
• 3.2.4 光学通道的设计
• 3.3 触须传感器实验系统主界面设计
• 3.4 移动机器人传感器软件系统的总体方案设计
• 3.4.1 移动机器人传感器软件系统的功能分析
• 3.4.2 移动机器人传感器软件系统的功能实现
• 3.5 本章小结
• 第四章 移动机器人触须传感器接触位置的分析
• 4.1 移动机器人触须传感器系统的触须模型分析
• 4.2 触须模型的力学分析
• 4.3 触须模型的弯曲振动分析
• 4.3.1 均匀梁的弯曲振动理论分析
• 4.3.2 触须模型的振动分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 移动机器人触须传感器的基础实验研究
• 5.1 PSD 响应特性的优化
• 5.1.1 PSD 的噪声来源和消除方法
• 5.1.2 触须传感器系统的噪声消除方法
• 5.2 触须传感器在弯曲振动中的基础应用实验
• 5.2.1 触须传感器实验系统的组成
• 5.2.2 触须接触物体后的运动过程分析
• 5.2.3 触须传感器实验数据及分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 触须传感器在机器人躲避障碍物方面的探讨
• 6.1 移动机器人躲避障碍物技术的简述
• 6.2 国外在机器人躲避障碍物方面的研究
• 6.2.1 啮齿类动物躲避障碍物的机理
• 6.2.2 机器触觉系统在躲避障碍物方面的优势所在
• 6.3 触须传感器在机器人躲避障碍物方面的应用实例
• 6.4 本章小结
• 第七章 全文总结与工作展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果以及发表的学术论文
• 附录