【摘要】：隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展,機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,越來越多的自動(dòng)化機(jī)器人代替人力勞動(dòng)成為社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)。電腦鼠作為輪式機(jī)器人的典型代表,涉及運(yùn)動(dòng)控制、路徑規(guī)劃、傳感器應(yīng)用、機(jī)械設(shè)計(jì)等諸多技術(shù),在國(guó)內(nèi)外獲得了廣泛關(guān)注。國(guó)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(duì)當(dāng)前國(guó)際流行的吸盤電腦鼠展開研究,增設(shè)吸盤機(jī)構(gòu),增加了電腦鼠運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性,改進(jìn)了電腦鼠的傳統(tǒng)控制方式,設(shè)計(jì)電腦鼠的運(yùn)動(dòng)控制方案,通過分析模擬紅外傳感器的電氣特性及其測(cè)距方法,提高了吸盤電腦鼠測(cè)距的準(zhǔn)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(shè)計(jì)。主要研究工作如下:(1)吸盤電腦鼠機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制方案研究。針對(duì)傳統(tǒng)電腦鼠高速運(yùn)行下轉(zhuǎn)彎打滑的問題,設(shè)計(jì)了吸盤機(jī)構(gòu),詳細(xì)分析了吸盤的原理及作用,并對(duì)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(chǔ)上加入了位置閉環(huán),提高了吸盤電腦鼠坐標(biāo)更新的準(zhǔn)確性和整體運(yùn)行的穩(wěn)定性;研究了吸盤吸力與電腦鼠運(yùn)行速度的關(guān)系,采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)控制吸盤電機(jī)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(shí)的打滑,從而實(shí)現(xiàn)了不減速轉(zhuǎn)彎;創(chuàng)新設(shè)計(jì)了長(zhǎng)直道加減速?zèng)_刺策略,實(shí)現(xiàn)了吸盤電腦鼠高速?zèng)_刺,縮短了沖刺運(yùn)行時(shí)間。(2)吸盤電腦鼠的紅外測(cè)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(cè)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(duì)數(shù)法與二階對(duì)數(shù)法的紅外測(cè)距方法,并利用線性插值法近似得出所測(cè)AD值與距離的關(guān)系,減輕主控制器的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。(3)吸盤電腦鼠八方向斜向沖刺算法研究。建立迷宮數(shù)學(xué)模型,研究墻壁資料的存儲(chǔ)方法,及相對(duì)方向與絕對(duì)方向之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。通過分析傳統(tǒng)搜索算法與沖刺算法,針對(duì)傳統(tǒng)沖刺算法轉(zhuǎn)彎動(dòng)作多、路徑長(zhǎng)等不足,提出一種八方向斜向沖刺算法,并對(duì)沖刺過程中的各種誤差深入分析,實(shí)現(xiàn)吸盤電腦鼠斜向沖刺。(4)吸盤電腦鼠系統(tǒng)搭建及實(shí)驗(yàn)分析。設(shè)計(jì)吸盤電腦鼠的硬件電路,搭建實(shí)驗(yàn)樣機(jī),利用IEEE標(biāo)準(zhǔn)迷宮對(duì)吸盤電腦鼠的速度響應(yīng)、吸盤吸力、位置響應(yīng)、紅外測(cè)距、沖刺算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)表明本文所設(shè)計(jì)的吸盤電腦鼠有效地提高了運(yùn)行的穩(wěn)定性及沖刺速度,沖刺算法優(yōu)良。
【圖文】：

一個(gè)在自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展中的研究熱點(diǎn)是機(jī)器人，從大型的機(jī)械設(shè)備，到越來越小逡逑型化、智能化的實(shí)用型設(shè)備，機(jī)器人扮演著越來越重要的角色，其應(yīng)用領(lǐng)域也更逡逑加廣泛，隨著科技水平的提升，智能嵌入式機(jī)器人步入人們的生活，如圖１－１所逡逑示，家用掃地機(jī)器人、抗災(zāi)救火機(jī)器人、快遞分揀機(jī)器人等不僅方便了人們的生逡逑活，更推動(dòng)了機(jī)器人事業(yè)的發(fā)展１＂。為了學(xué)習(xí)和促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外各逡逑大高校相繼舉辦機(jī)器人比賽，如擂臺(tái)車比賽、機(jī)器人高爾夫比賽、機(jī)器人田徑比逡逑賽、飛思卡爾競(jìng)賽等，而電腦鼠作為融合人工智能、嵌入式系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制、路逡逑徑規(guī)劃、智能算法等多個(gè)領(lǐng)域的微型迷宮機(jī)器人，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式自動(dòng)機(jī)逡逑器人開發(fā)的最佳平臺(tái)［５］。逡逑Ｅｍ邋！逡逑１邋ａ）邋－！邐（ｂ）救災(zāi)機(jī)器人逡逑．．}逡逑（ｃ）快遞分揀機(jī)器人邐（ｄ）空中運(yùn)送機(jī)器逡逑圖１－１智能嵌入式機(jī)器人逡逑Ｆｉｇ．１－１邋Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ邋ｅｍｂｅｄｄｅｄ邋ｒｏｂｏｔ逡逑ｌ逡逑

滿足人們對(duì)生活日益提高的需要。隨著機(jī)器人餐廳規(guī)模及范圍的不斷擴(kuò)大，許多逡逑商家看到了自動(dòng)機(jī)器人發(fā)展的商機(jī)，各種功能的機(jī)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(jī)器人“哇哦”，具有陪伴、監(jiān)測(cè)和家居控制逡逑的作用；上海驚鴻公司研發(fā)的跟隨機(jī)器人，能夠陪伴孩子玩耍，防止孩子走丟。逡逑這些機(jī)器人最大的特點(diǎn)就是能夠自動(dòng)按照設(shè)定的程序運(yùn)行，不需要人為干擾。自逡逑動(dòng)化機(jī)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(gè)具有探索未知區(qū)域的輪式機(jī)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(shè)備［８］，能在一個(gè)１６Ｘ１６個(gè)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(diǎn)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(diǎn)，完成搜索過程，其中電腦鼠起點(diǎn)位置可以是迷宮的四逡逑個(gè)角的任意位置，終點(diǎn)為迷宮中心的四個(gè)迷宮格區(qū)域。電腦鼠到達(dá)終點(diǎn)后，自動(dòng)逡逑計(jì)算從終點(diǎn)到起點(diǎn)的最短路徑，然后返回起點(diǎn)，電腦鼠比賽作為一種競(jìng)速類競(jìng)賽，逡逑最終會(huì)以最快的速度沖向終點(diǎn)，完成沖刺［１２］。每個(gè)迷宮格邊長(zhǎng)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)迷宮逡逑如圖１－２所示。逡逑
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：2589953