本文關(guān)鍵詞：基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能清潔機(jī)器人避障系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 清潔機(jī)器人避障 多傳感器信息融合 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 模糊控制

【摘要】：智能清潔機(jī)器人是自動(dòng)化控制技術(shù)和人工智能技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物,其集成了自動(dòng)化控制領(lǐng)域和人工智能的多學(xué)科的知識(shí)。作為一種服務(wù)型機(jī)器人其包含機(jī)器人領(lǐng)域的傳感器技術(shù)、自動(dòng)回充技術(shù)、自動(dòng)避障技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)以及電源技術(shù)等,清潔機(jī)器人產(chǎn)品的智能化水平是以上各領(lǐng)域技術(shù)的綜合體現(xiàn),相比于其他技術(shù)的研究,目前在清潔機(jī)器人避障方面的研究還有很大的提升空間。本文針對(duì)當(dāng)前清潔機(jī)器人避障控制存在的問題,提出了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的避障控制策略,并針對(duì)具體需求,對(duì)避障控制進(jìn)行了系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)。環(huán)境識(shí)別是清潔機(jī)器人避障的前提,對(duì)障礙物進(jìn)行有效探測(cè)是避障控制的基本保證。本文環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)由分布在清潔機(jī)器人的不同方位的超聲波傳感器和反射式紅外傳感器構(gòu)成,各個(gè)傳感器采集到的信息將利用多傳感器信息融合技術(shù),進(jìn)行預(yù)處理,然后交于控制系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境的數(shù)據(jù)分析和避障控制決策處理�？紤]到以上數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性,本文避障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用ARM+DSP處理模式,即利用STM32F103和TMS320F2812作為控制系統(tǒng)的核心處理芯片。其中,STM32F103作為上位機(jī)處理清潔機(jī)器人在避障過程中的中斷信號(hào)、人機(jī)交互以及驅(qū)動(dòng)模塊控制;TMS320F2812作為下位機(jī),利用其高速運(yùn)算能力實(shí)現(xiàn)對(duì)多傳感器信息融合和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)避障算法的處理,上位機(jī)和下位機(jī)采用CAN總線進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。本課題在避障控制算法研究的基礎(chǔ)之上,對(duì)控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì):包括傳感器模塊、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊、串口通訊模塊等。對(duì)環(huán)境傳感器的總布局以及超聲波傳器、反射式紅外傳感器和陀螺儀傳器的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì);驅(qū)動(dòng)模塊當(dāng)中,對(duì)清潔機(jī)器人的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式和PWM驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)行了研究,并且對(duì)H橋驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì);基于全局坐標(biāo)和相對(duì)坐標(biāo),對(duì)清潔機(jī)器人進(jìn)行了系統(tǒng)化的建模分析,并且基于實(shí)際避障環(huán)境,對(duì)障礙物模型進(jìn)行分析和歸類。本文還對(duì)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的基本理論進(jìn)行了研究,結(jié)合具體控制需求,設(shè)計(jì)了清潔機(jī)器人避障的模糊控制規(guī)則,在此基礎(chǔ)之上,對(duì)模糊控制的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。本文最后搭建了避障控制的仿真環(huán)境,驗(yàn)證了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的可行性,搭建了清潔機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)避障控制系統(tǒng)的實(shí)際效果進(jìn)行了驗(yàn)證。
【關(guān)鍵詞】：清潔機(jī)器人避障 多傳感器信息融合 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 模糊控制
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 課題研究的背景及意義9-10
• 1.2 清潔機(jī)器人避障研究的關(guān)鍵技術(shù)10-11
• 1.3 清潔機(jī)器人避障技術(shù)研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 課題主要研究?jī)?nèi)容14-15
• 1.5 本章小結(jié)15-17
• 2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論17-25
• 2.1 模糊神經(jīng)元17-19
• 2.2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型19-21
• 2.3 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP學(xué)習(xí)型算法21-23
• 2.4 本章小結(jié)23-25
• 3 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的避障系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)25-35
• 3.1 清潔機(jī)器人避障的功能需求25
• 3.2 避障控制方案比較25-26
• 3.3 總體方案的確立26-34
• 3.3.1 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28-29
• 3.3.2 核心處理模塊的分析與選型29-32
• 3.3.3 控制系統(tǒng)軟件總體構(gòu)架32-34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 4 避障控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)模型建立及算法設(shè)計(jì)35-51
• 4.1 清潔機(jī)器人避障系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)建模35-40
• 4.1.1 障礙物的分析及模型建立35-37
• 4.1.2 機(jī)器人坐標(biāo)系分析及模型建立37-38
• 4.1.3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型及位姿確定38-40
• 4.2 避障控制算法模型參量設(shè)計(jì)40-42
• 4.2.1 輸入輸出參量的確定40-41
• 4.2.2 輸入輸出參量的模糊化41-42
• 4.3 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制規(guī)則設(shè)計(jì)42-45
• 4.4 模糊控制BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)45-48
• 4.5 去模糊化處理48-49
• 4.6 本章小結(jié)49-51
• 5 避障控制系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)51-79
• 5.1 外部信息采集模塊設(shè)計(jì)51-57
• 5.1.1 傳感器的位置分布52
• 5.1.2 超聲波測(cè)距傳感器模塊設(shè)計(jì)52-55
• 5.1.3 反射式紅外測(cè)距傳感器模塊設(shè)計(jì)55-56
• 5.1.4 陀螺儀傳感器模塊設(shè)計(jì)56-57
• 5.2 多傳感器信息融合避障技術(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)57-61
• 5.3 避障控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)61-65
• 5.3.1 直流電機(jī)的PWM調(diào)節(jié)機(jī)制62
• 5.3.2 清潔機(jī)器人的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式62-63
• 5.3.3 驅(qū)動(dòng)模塊的H橋電路設(shè)計(jì)63-65
• 5.4 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)65-70
• 5.4.1 電源電路設(shè)計(jì)65-66
• 5.4.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)66-67
• 5.4.3 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)67-68
• 5.4.4 通訊模塊設(shè)計(jì)68-70
• 5.5 避障控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)70-77
• 5.5.1 軟件開發(fā)環(huán)境70-71
• 5.5.2 避障系統(tǒng)控制器初始化71-73
• 5.5.3 超聲波傳感器程序設(shè)計(jì)73-75
• 5.5.4 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)75-76
• 5.5.5 陀螺儀傳感器程序設(shè)計(jì)76-77
• 5.6 本章小結(jié)77-79
• 6 實(shí)驗(yàn)與仿真分析79-87
• 6.1 環(huán)境傳感器模塊實(shí)驗(yàn)79-82
• 6.1.1 超聲波傳感器測(cè)距實(shí)驗(yàn)79-81
• 6.1.2 陀螺儀傳感器角度測(cè)試81-82
• 6.2 基于MATLAB平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)仿真82-83
• 6.3 基于清潔機(jī)器人的避障實(shí)驗(yàn)83-85
• 6.4 本章小結(jié)85-87
• 7 總結(jié)和展望87-89
• 7.1 結(jié)論87
• 7.2 展望87-89
• 致謝89-91
• 參考文獻(xiàn)91-95
• 附錄A 作者在攻讀學(xué)位期間主持和參與的科研項(xiàng)目95

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王東;郭兆正;;機(jī)器人避障功能的設(shè)計(jì)[J];長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào);2005年12期

2 閻勤勞;邢作常;馮濤;薛少平;;溫室移動(dòng)機(jī)器人避障功能研究[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2006年05期

3 祖麗楠;田彥濤;梅昊;;基于分層強(qiáng)化學(xué)習(xí)的多移動(dòng)機(jī)器人避障算法[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2006年S2期

4 張傳才;賀利樂;匡偉春;;輪式移動(dòng)教育機(jī)器人避障方法的研究[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2007年13期

5 劉祚時(shí);羅愛華;童俊華;;全自主機(jī)器人避障控制方法的研究[J];煤礦機(jī)電;2009年02期

6 丁偉;李海波;;一種移動(dòng)機(jī)器人避障與追蹤技術(shù)研究[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2012年18期

7 陳曉江;陳楊林;;二維機(jī)器人避障問題的案例教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)[J];九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2012年04期

8 何q，

本文編號(hào)：708391