移动机器人系统设计及控制研究

论文摘要

随着移动机器人技术的日益发展,移动机器人技术在工业、农业、家庭、服务、军事、科研等领域起到了越来越大的作用。作为家庭服务机器人移动平台,人们希望家庭服务机器人能够承担更多家务,让人们有更多的时间投入到工作和学习中去,同时人们希望机器人有自主学习的能力,能快速的适应环境,更好的为人们服务。本文以家庭服务机器人为背景,研究新型的移动机器人,主要研究内容如下:分析国内外机器人结构,以及结合本课题的要求,研究新型的五轮移动机器人。移动机器人传感器系统包括了激光传感器、红外传感器、防碰撞传感器、陀螺仪、编码器等。机器人采用激光传感器、红外传感器、防碰撞传感器感知外部环境,其中激光传感器可有效的获取远距离的障碍物信息,而红外传感器和防碰撞开关则可以获得激光传感器无法探测的近距离障碍物信息。分析五轮移动机器人的特点,建立运动学模型和运动学方程,实现机器人的基本运动。机器人运动控制采用位置环和速度环结合,提高了机器人运动灵活性和实时性。根据室内环境特点,通过激光传感器识别门进行定位,此方法定位精度高、可靠性高。本文采用了一种简单、有效的融合算法将传感器获取的数据进行融合,根据机器人所处的环境,做出正确的决策,实现障碍物的探测,从而在未知环境下避障、导航。针对室内环境的特点,本文采用了基于栅格法的路径规划,提出了单通道区域划分的方法,将室内环境划分为几个单通道区域,进行局部区域路径规划和全区域路径规划。最后通过实验验证,此方法在室内环境的路径规划能起到很好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 移动机器人的研究现状及分析
• 1.2.1 移动机器人研究的国际现状
• 1.2.2 移动机器人研究的国内现状
• 1.3 移动机器人多传感器数据融合技术概述
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 移动机器人总体设计方案
• 2.1 引言
• 2.2 功能要求和总体结构
• 2.3 行走机构
• 2.3.1 行走机构形式
• 2.3.2 轮子的布局
• 2.3.3 缓冲轮的设计
• 2.3.4 缓冲机构设计
• 2.4 驱动系统的设计
• 2.4.1 电机的设计
• 2.4.2 减速器的设计
• 2.4.3 机器人重要参数计算
• 2.5 机器人平稳性分析
• 2.6 传感系统的设计
• 2.6.1 激光传感器
• 2.6.2 红外传感器
• 2.6.3 防碰撞传感器
• 2.6.4 陀螺仪
• 2.7 本章小结
• 第3章 机器人运动学分析及运动控制研究
• 3.1 引言
• 3.2 运动学建模
• 3.3 建立运动学方程
• 3.4 机器人运动状态分析
• 3.4.1 机器人直线运动
• 3.4.2 机器人绕轴转动
• 3.4.3 机器人任意方向运动分解
• 3.5 机器人运动控制
• 3.5.1 机器人运动控制硬件设计
• 3.5.2 机器人运动控制软件的设计
• 3.6 实验结果与分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 多传感器数据融合的研究
• 4.1 引言
• 4.2 多传感器信息融合关键技术及层次分类
• 4.2.1 多传感器信息融合的关键技术
• 4.2.2 多传感器信息的层次分类
• 4.3 激光模型
• 4.4 基于激光的室内环境自定位
• 4.5 基于多传感器信息融合避撞研究
• 4.5.1 激光动态避撞算法研究
• 4.5.2 红外防碰撞传感器避撞算法研究
• 4.6 本章小结
• 第5章 机器人路径规划及实验分析
• 5.1 引言
• 5.2 基于栅格法的路径规划
• 5.2.1 栅格划分
• 5.2.2 单通道区域划分
• 5.2.3 全区域路径规划
• 5.2.4 局部区域路径规划
• 5.3 实验分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢