一种自主寻迹机器人的设计与实现

发布时间：2020-06-29 17:06

【摘要】：目前，在工程现场及科技探索的大多数恶劣环境和危险环境中仍然使用人工操作的方式，由于其操作难度大，危险性高，作业局限性等因素导致了对具有自主引导功能机器人的研究和开发。而当前，自主引导机器人的研究更多的是在较低层次的嵌入式系统上进行开发和设计，所以存在着功能比较单一，可扩展性不强等问题，使自主引导机器人不能更加智能化的完成更多更复杂任务。 对此，本文从机器人的自主性出发，采用嵌入式MCU芯片作为主控芯片，以移植的Linux操作系统作为机器人的大脑，并以针对自主寻迹机器人在白色跑道的黑色跟踪线上行进时的快速性和稳定性进行研究，构建了智能机器人的视觉导引系统，设计并开发了寻迹机器人的各个硬件模块，对机器人舵机转向进行建模分析，并以机器人的机体轴线相对于路径中心线的方向偏差和侧向位置偏差作为输入，为舵机的转向设计了一个模糊控制器，对机器人的速度控制进行建模分析，并为机器人的速度控制设计了一个经典PID控制器和一个基于单神经元网络的PID控制器。移植了Linux2.6内核到S3C2440芯片中，同时移植了BIOS启动程序Uboot，制作了JFFS2根文件系统，并根据机器人的硬件设计完成了基于Linux2.6内核的驱动程序和应用程序，最后对寻迹机器人在不同的控制算法下进行了测试、比较以及分析。 本文将嵌入式Linux操作系统应用到了自主寻迹机器人中，通过实验证明，采用CCD摄像头采集到的路面信息输入到机器人后，机器人能够快速和平稳地完成自主寻迹和跟踪任务，通过在真实环境中对机器人速度控制的两种算法进行的测试和比较，证明了在多弯道情况下，机器人的速度在单神经元网络PID控制下能够控制得更好。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP242;TP368.1
【图文】：

第二章 自主式寻迹机器人总体设计2.1 自主机器人主体设计本文所研究的自主式寻迹机器人主要应用在平整地面的室内环境中。机器人主体类似于小型的四轮车，采用车轮驱动方式，两后轮是驱动轮，由直流电机驱动，两前轮是转向轮，通过连杆连接到舵机。月球车与上位机的通信使用了 WiFi 无线局域网，传输速度快，通信距离远。实验车道底色为白色，标有黑色中心线。以机器人寻迹行驶的速度和稳定性以及智能性作为评价的标准。它的上面搭载的是开源免费的 Linux 嵌入式操作系统的源代码，通过该系统平台来驱动各个硬件设备的正常运行，例如：WiFi 无线网卡、CCD摄像头、红外循迹传感器和红外蔽障传感器。系统总体设计框图见图 2.1。

图 2.2 红外光电传感器方案出距离是指光电传感器离机器人前方的径向距离测性能。由于舵机具有延时性，如果机器人前瞻做出调整，从而使得机器人以最优控制策略通过性能。如果探出距离过长会导致整个系统重心前不够而出现打滑甚至行使不稳定现象。当然如果就会比较理想。光电反射管阵列检测路径的方法主要具有如下的道路信息少，一般只能检测路径的中心位置；固定位置的限制，红外光电反射管只能安装在机观测的前瞻性差；受到环境光线的干扰。像头数据采集方案

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘伟平,毛玉良,潘纯;嵌入式Linux下硬件中断驱动程序的开发[J];航空精密制造技术;2003年03期

2 金晟,傅建中,陈子辰;基于ARM的嵌入式数控系统设计[J];机电工程;2005年02期

3 姜山,程君实,陈佳品,包志军,马培荪;基于多目标遗传算法的仿人机器人中枢神经运动控制器的设计[J];机器人;2001年01期

4 马培荪,郑伟红;四足步行机器人模糊神经网络控制[J];机器人;1997年01期

5 马宏绪,张彭,张良起;两足步行机器人动态步行姿态稳定性及姿态控制[J];机器人;1997年03期

6 包志军,马培荪,姜山,程君实,王春雨;从两足机器人到仿人型机器人的研究历史及其问题[J];机器人;1999年04期

7 吴娴;嵌入式Linux文件系统的设计和实现[J];计算机工程与应用;2005年09期

8 甘岚,刘宁钟;基于亚像素边缘检测的二维条码识别[J];计算机工程;2003年22期

9 西军;具有人类特点的机器人——日本开发机器人的最终目标[J];科技成果纵横;1998年05期

10 郑伟红，马培荪，陈佳品;模糊神经网络在四足步行机器人控制中的应用[J];上海交通大学学报;1996年01期

相关硕士学位论文 前7条

1 刘彩虹;智能小车路径跟踪技术的研究[D];浙江大学;2007年

2 葛鹏飞;基于CCD的自主式机器人寻迹方法研究及实现[D];东华大学;2008年

3 胡杰;基于16位单片机MC9S12DG128智能模型车系统开发研究[D];武汉理工大学;2008年

4 华金;基于ARM嵌入式运动控制器的研究与开发[D];浙江工业大学;2008年

5 徐建洪;基于S3C2410的嵌入式智能车控制系统设计[D];南京理工大学;2008年

6 庞晓宇;移动机器人视觉导航系统的研究[D];西安理工大学;2008年

7 王倩;基于视觉导航的模型车自主行驶研究[D];南京航空航天大学;2007年

本文编号：2734112