护士助手机器人自主导航方法研究

论文摘要

随着科学技术的发展，机器人技术越来越多的被应用于医疗领域，用护士助手机器人去代替医护人员执行护理任务变成现实。但是护士助手机器人的自主导航定位的研究是一个难点问题，本课题是以黑龙江省自然科学基金项目“护士助手机器人基础技术研究”为依托，重点研究了护士助手机器人自主导航方法。首先，了解了移动机器人及护士助手机器人的国内外发展现状，分析了移动机器人自主导航定位的关键技术发展状况。建立以三轮结构为基础的两轮差速驱动方式的移动机器人运动学模型，提出了结合高层智能决策级和低层反应式控制级的混合式的控制方法。其次，论述了在已知结构化环境中如何建立介绍了拓扑地图及根据拓扑地图推算的边运动算法。采用相对定位与绝对定位相结合的方法来实现护士助手机器人自主定位导航的方法。如障碍物时，则采用栅格地图避障法来实现自主避障。其中相对定为采用航位推算，绝对定位采用RFID路标。此外，还分析了超声波测距原理，超声波传感器模块的设计及基于超声波传感器量出的数据超声波测障方式。最后，阐述了在护士助手机器人的主机与电机驱动模块、超声波传感器模块之间基于RS-485总线通讯的设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 护士助手机器人的发展概况
• 1.2.1 关于自主移动机器人
• 1.2.2 国外助手机器人研究现状
• 1.2.3 国内助手机器人研究现状
• 1.3 移动机器人自主导航方法关键技术
• 1.3.1 移动机器人体系结构
• 1.3.2 定位导航和避障技术
• 1.3.3 视觉信息的实时处理技术
• 1.3.4 多传感器信息融合技术
• 1.3.5 路径规划与机器人控制技术
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 护士助手机器人总体结构
• 2.1 引言
• 2.2 护士助手机器人机械本体结构
• 2.2.1 方案选择
• 2.2.2 机械本体结构
• 2.3 控制系统结构
• 2.4 通讯系统结构
• 2.5 电机驱动系统
• 2.5.1 驱动电机
• 2.5.2 电机驱动电路
• 2.6 本章小结
• 第3章 护士助手机器人导航方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 护士助手机器人机器人数学模型
• 3.3 拓扑地图
• 3.4 边运动算法
• 3.5 本体的定位
• 3.5.1 位置识别方法
• 3.5.2 护士助手机器人的航位推算法
• 3.5.3 RFID路标定位法
• 3.5.4 栅格地图测距避障
• 3.6 本章小结
• 第4章 护士助手机器人超声波传感系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 超声波测距原理
• 4.2.1 超声波介绍
• 4.2.2 测距原理
• 4.3 超声波探头选择
• 4.3.1 收发一体式超声波传感器探头
• 4.3.2 收发分体式超声波传感器探头
• 4.4 超声波发射驱动方式
• 4.5 锁相环 LM567回波检测方式
• 4.6 超声波测障方式分析
• 4.6.1 利用超声回波进行简单物体的识别
• 4.6.2 利用多对超声传感器测量简单的障碍物大小
• 4.7 超声波传感器检测电路设计
• 4.7.1 超声波传感器硬件设计
• 4.7.2 超声波传感器软件设计
• 4.8 本章小结
• 第5章 护士助手机器人通讯系统设计
• 5.1 引言
• 5.2 RS-485的总线结构
• 5.3 护士助手机器人的 RS-485总线协议的制定
• 5.3.1 RS-485总线协议的制定
• 5.3.2 基于 RS-485总线的护士助手机器人内部通讯协议制定
• 5.4 RS-485通讯电路设计
• 5.5 本章小结
• 第6章 仿真和实验
• 6.1 电机驱动模块的仿真
• 6.2 超声波传感器测距实验
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢