【摘要】：移動(dòng)機(jī)器人自主充電技術(shù)是保證機(jī)器人能夠長時(shí)間自主運(yùn)行的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。基于無刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)配合基于紅外信息的近程對(duì)接技術(shù)能夠可靠地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與充電樁的對(duì)接。本課題主要研究內(nèi)容包括基于ARM的移動(dòng)機(jī)器人底層運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、移動(dòng)機(jī)器人充電樁的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)器人與充電樁對(duì)接流程的設(shè)計(jì)、移動(dòng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。本文首先設(shè)計(jì)了移動(dòng)機(jī)器人底層運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件電路,并完成了PCB電路的實(shí)物制作。根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人內(nèi)部無刷直流電機(jī)的工作原理及工作狀況建立了其數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了根據(jù)工況能夠?qū)崟r(shí)自整定控制參數(shù)的變論域模糊PI控制算法。在SIMULINK中搭建了無刷直流電機(jī)的仿真模型與變論域模糊PI控制器模型,通過仿真與普通PI算法進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證變論域模糊PI控制算法的優(yōu)越性。接著設(shè)計(jì)了自主充電系統(tǒng)的相關(guān)硬件。研制了充電樁的外殼和自主充電系統(tǒng)的硬件電路,包括無線充電模塊、紅外引導(dǎo)模塊和機(jī)器人內(nèi)部充電控制模塊,并制作了PCB電路板,完成了充電樁的安裝。在充電樁設(shè)計(jì)過程中考慮到要連接220V市電,安裝了空氣開關(guān)和安規(guī)器件,確保人員安全。然后研究了機(jī)器人與充電樁的對(duì)接算法。設(shè)計(jì)了通過QT人機(jī)交互界面和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊進(jìn)行人工輔助遠(yuǎn)程搜索充電樁的流程,提高了機(jī)器人搜索充電樁的效率。重點(diǎn)研究了充電對(duì)接過程中的機(jī)器人定位算法,并將紅外信息融入到了算法中。根據(jù)紅外傳感器的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了基于紅外信息的機(jī)器人與充電樁的近程對(duì)接流程。最后搭建了移動(dòng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和自主充電系統(tǒng)。先檢測(cè)了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)的可靠性,通過上位機(jī)中自行編寫的QT界面獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線,驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性以及響應(yīng)速度等性能都比較優(yōu)秀。通過靜態(tài)定位實(shí)驗(yàn)與動(dòng)態(tài)定位實(shí)驗(yàn)獲得定位誤差數(shù)據(jù),驗(yàn)證了定位算法的可靠性。通過機(jī)器人與充電樁的多次對(duì)接實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了充電對(duì)接系統(tǒng)的可靠性。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文自動(dòng)充電系統(tǒng)的研究，解決了由于電池技術(shù)制約，機(jī)器人難以長的問題，增強(qiáng)了移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的自主性。在機(jī)器人研制過程中有的硬件平臺(tái)或控制系統(tǒng)會(huì)增加研制成本，并且購買的控制系統(tǒng)限制，未必能符合要求。因此，本課題將自主開發(fā)移動(dòng)機(jī)器人的及自主充電系統(tǒng)。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀外對(duì)于輪式移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的研究很早就開始了，清掃機(jī)器人是的產(chǎn)品。但早期的清掃機(jī)器人存在著清掃效率低、智能化程度低，這限制了其在市場(chǎng)上的推廣[5]。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文自動(dòng)充電系統(tǒng)的研究，解決了由于電池技術(shù)制約，，機(jī)器人難以長的問題，增強(qiáng)了移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的自主性。在機(jī)器人研制過程中有的硬件平臺(tái)或控制系統(tǒng)會(huì)增加研制成本，并且購買的控制系統(tǒng)限制，未必能符合要求。因此，本課題將自主開發(fā)移動(dòng)機(jī)器人的及自主充電系統(tǒng)。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀外對(duì)于輪式移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的研究很早就開始了，清掃機(jī)器人是的產(chǎn)品。但早期的清掃機(jī)器人存在著清掃效率低、智能化程度低，這限制了其在市場(chǎng)上的推廣[5]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2596328