【摘要】：隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展,對(duì)機(jī)器人環(huán)境適應(yīng)能力提出了新的挑戰(zhàn)。憑借出色的越障性能,小型彈跳機(jī)器人非常適用于狹窄空間和多障礙環(huán)境,但也因體型和續(xù)航能力限制,無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間遠(yuǎn)距離工作；此外,考慮到環(huán)境的復(fù)雜性,單一的彈跳機(jī)器人可能無(wú)法完成任務(wù),本文基于實(shí)驗(yàn)室研制的腿式彈跳機(jī)器人,設(shè)計(jì)了搭載檢測(cè)平臺(tái),組建了子母機(jī)器人系統(tǒng),重點(diǎn)研究了子母機(jī)器人的相對(duì)定位方法及子機(jī)器人搭載回收策略。首先,規(guī)劃了搭載回收系統(tǒng)的兩大研究對(duì)象——彈跳機(jī)器人和搭載機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案。針對(duì)早期研制的彈跳機(jī)器人的不足,提出兩種彈跳機(jī)器人自復(fù)位和航向調(diào)節(jié)方法,有效提升了彈跳機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能。設(shè)計(jì)了安裝在彈跳機(jī)器人頭部用于位姿檢測(cè)的雙面圓形色標(biāo)及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。完成了彈跳機(jī)器人傳感與控制電路設(shè)計(jì),操作者或搭載機(jī)器人可無(wú)線控制彈跳機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)了搭載機(jī)器人硬件系統(tǒng),包括車體子系統(tǒng)、RGB-D信息反饋?zhàn)酉到y(tǒng)、無(wú)線通信子系統(tǒng)和監(jiān)控終端。其次,在硬件基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了彈跳機(jī)器人檢測(cè)方法及回收策略,對(duì)基于RGB-D信息的位姿檢測(cè)方法進(jìn)行了研究,提出基于顏色識(shí)別的搭載機(jī)器人和彈跳機(jī)器人相對(duì)航向角檢測(cè)方法,提出基于彩色和深度圖像匹配原理的子母機(jī)器人間距離檢測(cè)方法。特別地,提出一種基于子母機(jī)器人動(dòng)態(tài)協(xié)作的抗背景干擾檢測(cè)方法,彌補(bǔ)了面積過(guò)濾法的不足,能在眾多的干擾物中準(zhǔn)確定位彈跳機(jī)器人。最后,對(duì)子母機(jī)器人的基本運(yùn)動(dòng)性能及搭載回收相關(guān)方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在增加了色標(biāo)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等負(fù)重后,彈跳機(jī)器人可彈跳75cm高,30cm遠(yuǎn),自復(fù)位和航向調(diào)節(jié)方法測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性：在設(shè)定的速度倍率下,搭載機(jī)器人直行2米的橫向和縱向偏差均在1.5cm以內(nèi),轉(zhuǎn)彎誤差在5°以內(nèi)；搭載機(jī)器人和彈跳機(jī)器人航向角檢測(cè)的最大誤差分別為2.9°和7.4°,距離檢測(cè)精度在2cm內(nèi)；彈跳機(jī)器人搭載回收綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了搭載機(jī)器人在2米范圍內(nèi)能準(zhǔn)確計(jì)算彈跳機(jī)器人航向角和距離信息,成功定位并追蹤彈跳機(jī)器人,50次回收實(shí)驗(yàn)的成功率為92%,驗(yàn)證了算法的有效性和系統(tǒng)的可行性。
[Abstract]:With the development of robot technology and the continuous expansion of application field, new challenges to the adaptability of robot environment are put forward. Small bouncing robots are well suited to narrow spaces and multi-obstacle environments with excellent barrier performance, but they are also unable to work long hours long distances due to their size and ability to survive; in addition, given the complexity of the environment, A single bouncing robot may not be able to complete the task. Based on the leg hopping robot developed in the laboratory, this paper designs a platform for carrying on the detection, and constructs a sub-mother robot system. The relative positioning method of the sub-mother robot and the recovery strategy of the sub-robot are studied. Firstly, the design scheme of bouncing robot and carrying robot is planned. In view of the shortcomings of the bouncing robot developed in the early stage, two kinds of self-reset and course adjusting methods are proposed, which can effectively improve the kinematic performance of the bouncing robot. A double-sided circular color standard and driving mechanism are designed for position and pose detection in the head of a bouncing robot. The sensor and control circuit of bouncing robot is designed. The robot can be wirelessly controlled by the operator or the robot. The hardware system of carrying robot is designed, which includes vehicle body subsystem, RGB-D information feedback subsystem, wireless communication subsystem and monitoring terminal. Secondly, on the basis of hardware, the detection method and recovery strategy of bouncing robot are designed, the position and pose detection method based on RGB-D information is studied, and the relative heading angle detection method of carrying robot and bouncing robot based on color recognition is proposed. Based on the matching principle of color and depth images, a distance detection method for submother robots is proposed. In particular, an anti-background interference detection method based on the dynamic cooperation of the sub-mother robot is proposed, which makes up for the deficiency of the area filtering method and can accurately locate the bouncing robot in a large number of interference objects. Finally, the basic motion performance of the sub-mother robot and the related methods of loading and recovering are studied experimentally. After adding the weight of color standard and adjusting mechanism, the bouncing robot can bounce 75cm 30 cm high. The test results of self-reset and course adjusting method verify the validity of the mechanism design: under the set speed ratio, The lateral and longitudinal deviations are within 1.5cm and the turning error is less than 5 擄, the maximum errors of heading angle detection of robot and hopping robot are 2.9 擄and 7.4 擄, respectively, and the precision of distance detection is within 2cm. The experimental results show that the hopping robot can accurately calculate the heading angle and distance information of the hopping robot in a range of 2 meters. The success rate of successfully locating and tracking the bouncing robot for 50 times is 92, which verifies the validity of the algorithm and the feasibility of the system.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：2125980