本文關鍵詞：基于模糊控制超聲波避障算法的巡檢機器人研究與設計

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【摘要】：核電站內(nèi)的輻射會給工作人員帶來顯性或者隱性的健康影響,因此用機器人來代替工作人員從事相關的巡檢、探測成為一種趨勢。在現(xiàn)有的人工智能技術水平下,巡檢機器人還無法在像核電站這樣的復雜環(huán)境中完全自主工作,因此研究具有人機交互接口的遙操作巡檢機器人是一種比較現(xiàn)實的選擇。為了提高工作效率,巡檢機器人還應具有一定自主工作能力,如自主避障等。因此具有一定自主工作能力的遙操作巡檢機器人具有重要的應用前景。本文設計了一種能夠實現(xiàn)爬樓梯的履帶式巡檢機器人,基于模糊控制算法該機器人能實現(xiàn)自主避障,通過WIFI通信模塊及人機交互界面可以實現(xiàn)遠程控制。在機構設計上,選擇前端傾斜式履帶結構,選擇RE35直流伺服電機驅動機器人運動,通過左右兩驅動輪的速度差實現(xiàn)機器人轉彎運動;在硬件電路設計上,采用模塊化設計方法,設計了基于STM32的主控制器,電源,電機驅動,通信以及各種檢測模塊。其次,設計了基于模糊控制的超聲波避障算法實現(xiàn)巡檢機器人自主避障。分析巡檢機器人運動模型,得出機器人轉彎角度和兩驅動輪轉速關系,采用六個超聲波傳感器構成超聲波陣列檢測障礙物相對位置,并進行超聲波測距誤差補償,使得處理后的測距誤差在1 cm的范圍內(nèi)。基于模糊控制算法,將六個超聲波的方位信息和測得的障礙物距離信息融合作為模糊控制器的輸入,經(jīng)模糊推理得到機器人兩驅動輪的速度給定值,最后采用PID控制算法實現(xiàn)巡檢機器人避障。論文進行了仿真和實際實驗,實驗結果表明,當有單個和多個障礙物時,巡檢機器人能夠自主檢測出障礙物的位置信息,并自主避障;當遇到成直角類型的障礙物時,巡檢機器人也能夠自主退出直角障礙區(qū)域,繞過障礙物。
【關鍵詞】：履帶式巡檢機器人 超聲波陣列 模糊控制避障算法 PID控制
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題研究的背景及意義8-9
• 1.1.1 課題研究背景8
• 1.1.2 課題研究意義8-9
• 1.1.3 課題來源9
• 1.2 機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 移動機器人避障算法研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3.1 傳統(tǒng)避障算法11-12
• 1.3.2 智能避障算法12-14
• 1.4 論文的研究目標及主要內(nèi)容14-16
• 第2章 巡檢機器人硬件系統(tǒng)設計16-27
• 2.1 機械結構設計16-19
• 2.1.1 機械結構的選擇16-17
• 2.1.2 驅動方式的選擇17-18
• 2.1.3 巡檢機器人爬樓梯過程分析18-19
• 2.2 硬件電路系統(tǒng)設計19-26
• 2.2.1 總體硬件電路系統(tǒng)框圖19
• 2.2.2 STM32F103ZET6主控制模塊19-21
• 2.2.3 電源模塊21-22
• 2.2.4 電機驅動模塊22-24
• 2.2.5 測速模塊24-25
• 2.2.6 超聲波測距電路模塊25
• 2.2.7 通信模塊設計25-26
• 2.3 本章小結26-27
• 第3章 巡檢機器人運動分析及超聲波測距27-41
• 3.1 巡檢機器人運動學分析27-34
• 3.1.1 運動學基礎27-30
• 3.1.2 巡檢機器人轉向的運動學建模分析30-34
• 3.2 超聲波測距34-40
• 3.2.1 超聲波測距原理34-35
• 3.2.2 超聲波位置放置35-36
• 3.2.3 基于超聲波測距障礙物位置的確定36-39
• 3.2.4 超聲波誤差補償39-40
• 3.3 本章小結40-41
• 第4章 基于模糊控制的超聲波避障算法41-52
• 4.1 模糊控制理論的基本概念41-44
• 4.1.1 模糊集合41
• 4.1.2 隸屬度函數(shù)41-43
• 4.1.3 模糊關系43-44
• 4.1.4 模糊推理44
• 4.2 模糊控制器的設計44-50
• 4.2.1 模糊控制系統(tǒng)的建立44-45
• 4.2.2 模糊控制的輸入輸出量的模糊化45-48
• 4.2.3 模糊控制規(guī)律的制定48-50
• 4.3 基于PID巡檢機器人速度控制50-51
• 4.4 本章小結51-52
• 第5章 巡檢機器人避障算法實現(xiàn)與實驗結果分析52-60
• 5.1 軟件系統(tǒng)設計52-55
• 5.1.1 超聲波測距系統(tǒng)實現(xiàn)53-54
• 5.1.2 基于模糊控制超聲波避障算法實現(xiàn)54
• 5.1.3 PID電機轉速控制算法實現(xiàn)54-55
• 5.2 基于模糊控制超聲波避障算法仿真實驗55-57
• 5.2.1 單一障礙物避障仿真56
• 5.2.2 多障礙物避障56-57
• 5.2.3 模糊控制避障算法和人工勢場法避障算法仿真57
• 5.3 巡檢機器人避障實驗57-59
• 5.4 本章小結59-60
• 第6章 總結與展望60-62
• 6.1 總結60-61
• 6.2 展望61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻63-66
• 附件66-67

【參考文獻】

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本文編號：879744