發(fā)布時間：2020-03-19 08:02

【摘要】：隨著工業(yè)自動化的不斷發(fā)展,機器人應用領域不斷擴大,越來越多的自動化機器人代替人力勞動成為社會發(fā)展趨勢。電腦鼠作為輪式機器人的典型代表,涉及運動控制、路徑規(guī)劃、傳感器應用、機械設計等諸多技術,在國內(nèi)外獲得了廣泛關注。國內(nèi)電腦鼠存在諸如控制穩(wěn)定性差、速度慢、算法落后等問題,本文對當前國際流行的吸盤電腦鼠展開研究,增設吸盤機構(gòu),增加了電腦鼠運動的穩(wěn)定性,改進了電腦鼠的傳統(tǒng)控制方式,設計電腦鼠的運動控制方案,通過分析模擬紅外傳感器的電氣特性及其測距方法,提高了吸盤電腦鼠測距的準確性。深入研究了吸盤電腦鼠沖刺算法,最終完成吸盤電腦鼠系統(tǒng)設計。主要研究工作如下:(1)吸盤電腦鼠機械結(jié)構(gòu)設計及控制方案研究。針對傳統(tǒng)電腦鼠高速運行下轉(zhuǎn)彎打滑的問題,設計了吸盤機構(gòu),詳細分析了吸盤的原理及作用,并對電腦鼠傳統(tǒng)控制方案深入分析,在傳統(tǒng)電腦鼠速度閉環(huán)的基礎上加入了位置閉環(huán),提高了吸盤電腦鼠坐標更新的準確性和整體運行的穩(wěn)定性;研究了吸盤吸力與電腦鼠運行速度的關系,采用PWM脈寬調(diào)制技術控制吸盤電機轉(zhuǎn)速,增大電腦鼠與迷宮間的摩擦力,并采用梯形轉(zhuǎn)彎策略,避免了吸盤電腦鼠高速轉(zhuǎn)彎時的打滑,從而實現(xiàn)了不減速轉(zhuǎn)彎;創(chuàng)新設計了長直道加減速沖刺策略,實現(xiàn)了吸盤電腦鼠高速沖刺,縮短了沖刺運行時間。(2)吸盤電腦鼠的紅外測距方法研究。分析紅外傳感器在吸盤電腦鼠中的位置及作用,采用模擬紅外,擺脫了數(shù)字紅外只能檢測擋板有無的弊端,深入研究了模擬紅外傳感器的特性,提出一階對數(shù)法與二階對數(shù)法的紅外測距方法,并利用線性插值法近似得出所測AD值與距離的關系,減輕主控制器的運算負擔。(3)吸盤電腦鼠八方向斜向沖刺算法研究。建立迷宮數(shù)學模型,研究墻壁資料的存儲方法,及相對方向與絕對方向之間的轉(zhuǎn)化關系。通過分析傳統(tǒng)搜索算法與沖刺算法,針對傳統(tǒng)沖刺算法轉(zhuǎn)彎動作多、路徑長等不足,提出一種八方向斜向沖刺算法,并對沖刺過程中的各種誤差深入分析,實現(xiàn)吸盤電腦鼠斜向沖刺。(4)吸盤電腦鼠系統(tǒng)搭建及實驗分析。設計吸盤電腦鼠的硬件電路,搭建實驗樣機,利用IEEE標準迷宮對吸盤電腦鼠的速度響應、吸盤吸力、位置響應、紅外測距、沖刺算法進行實驗驗證,實驗表明本文所設計的吸盤電腦鼠有效地提高了運行的穩(wěn)定性及沖刺速度,沖刺算法優(yōu)良。
【圖文】：

一個在自動化領域發(fā)展中的研究熱點是機器人，從大型的機械設備，到越來越小逡逑型化、智能化的實用型設備，機器人扮演著越來越重要的角色，其應用領域也更逡逑加廣泛，隨著科技水平的提升，智能嵌入式機器人步入人們的生活，如圖１－１所逡逑示，家用掃地機器人、抗災救火機器人、快遞分揀機器人等不僅方便了人們的生逡逑活，更推動了機器人事業(yè)的發(fā)展１＂。為了學習和促進相關技術的發(fā)展，國內(nèi)外各逡逑大高校相繼舉辦機器人比賽，如擂臺車比賽、機器人高爾夫比賽、機器人田徑比逡逑賽、飛思卡爾競賽等，而電腦鼠作為融合人工智能、嵌入式系統(tǒng)、運動控制、路逡逑徑規(guī)劃、智能算法等多個領域的微型迷宮機器人，是提高學生學習嵌入式自動機逡逑器人開發(fā)的最佳平臺［５］。逡逑Ｅｍ邋！逡逑１邋ａ）邋－！邐（ｂ）救災機器人逡逑．．}逡逑（ｃ）快遞分揀機器人邐（ｄ）空中運送機器逡逑圖１－１智能嵌入式機器人逡逑Ｆｉｇ．１－１邋Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ邋ｅｍｂｅｄｄｅｄ邋ｒｏｂｏｔ逡逑ｌ逡逑

滿足人們對生活日益提高的需要。隨著機器人餐廳規(guī)模及范圍的不斷擴大，許多逡逑商家看到了自動機器人發(fā)展的商機，各種功能的機器人如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，逡逑如海爾公司投資研發(fā)的第一代家庭機器人“哇哦”，具有陪伴、監(jiān)測和家居控制逡逑的作用；上海驚鴻公司研發(fā)的跟隨機器人，能夠陪伴孩子玩耍，防止孩子走丟。逡逑這些機器人最大的特點就是能夠自動按照設定的程序運行，不需要人為干擾。自逡逑動化機器人己成為人類生活不可缺少的一部分［７］。逡逑電腦鼠是一個具有探索未知區(qū)域的輪式機器人，它融合了紅外傳感器、陀螺逡逑儀角速度傳感器等多種傳感器設備［８］，能在一個１６Ｘ１６個迷宮格的區(qū)域內(nèi)自主探逡逑索路徑［９＿１＜）５。電腦鼠首先從迷宮格起點出發(fā)，，根據(jù)智能搜索算法搜索迷宮［１１］，直逡逑至ＩＪ電腦鼠搜索到迷宮終點，完成搜索過程，其中電腦鼠起點位置可以是迷宮的四逡逑個角的任意位置，終點為迷宮中心的四個迷宮格區(qū)域。電腦鼠到達終點后，自動逡逑計算從終點到起點的最短路徑，然后返回起點，電腦鼠比賽作為一種競速類競賽，逡逑最終會以最快的速度沖向終點，完成沖刺［１２］。每個迷宮格邊長為１８０ｍｍ，迷宮擋逡逑板高５０ｍｍ、厚１２ｍｍ，擋板顏色為白色，迷宮地面為黑色。ＩＥＥＥ國際標準迷宮逡逑如圖１－２所示。逡逑
【學位授予單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP242

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本文編號：2589953