养老护理抱举机器人全向轮导航控制系统研究
发布时间：2021-05-01 03:49
当今社会人口老龄化加重,养老护理抱举机器人投入医疗护理领域,可以大大的缓解医疗护理领域压力。本文针对养老护理抱举机器人,设计一款具有立体感知功能的全向移动平台。针对护理机器人结构的复杂性以及室内环境的多样性,提出护理机器人的分层环境感知技术。在利用激光雷达对机器人进行多层面的环境感知后,对各层面分别进行栅格地图的构建,对传统A*导航算法进行改进。使用改进后的A*算法对养老护理抱举机器人进行路径规划,并对其进行仿真实验。首先,设计养老护理抱举机器人全向移动平台。综合考虑养老护理抱举机器人全向移动平台的全向移动、平稳、减震以及防倾倒的需求,对全向移动平台进行设计。为达到养老护理抱举机器人在室内环境下进行抱人移动的实际需求,对全向轮驱动电机进行功率计算选型。完成全向移动平台控制器、驱动器、电机等硬件连接。倍福控制器上位机软件将运动控制信号通过模块EL2521和耦合器EK1100发送脉冲指令与四台驱动器进行通信,驱动器控制伺服电机运转。完成驱动器参数设置后,通过倍福控制器上位机软件TwinCAT3对电机进行物理轴设定、NC轴的控制及PLC编程。其次,分析养老护理抱举机器人四轮均匀分布的布局方式...
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外现状
1.2.1 全向移动的国外研究现状
1.2.2 全向移动的国内研究现状
1.3 研究内容以及结构安排
第2章 养老护理抱举机器人全向移动平台的设计
2.1 护理机器人结构介绍
2.2 移动平台
2.2.1 全向移动平台的选择
2.2.2 全向轮底盘总体方案的设计
2.2.3 减震机构
2.2.4 防倾倒机构
2.3 电机功率计算
2.3.1 全向轮底盘设计
2.3.2 驱动力分析
2.3.3 驱动力分析
2.4 全向移动平台硬件控制
2.4.1 全向移动平台控制系统
2.4.2 全向轮控制系统硬件连接
2.4.3 全向轮控制系统软件控制
2.5 本章小结
第3章 全向移动平台运动学分析
3.1 全向移动平台布局
3.1.1 多轮布局选择
3.1.2 全向移动平台布局
3.2 全向移动平台运动学分析
3.3 路径跟踪控制
3.4 本章小结
第4章 养老护理抱举机器人运动路径的规划
4.1 激光雷达感知
4.1.1 激光雷达
4.1.2 激光雷达精度测定
4.2 A*算法路径规划
4.2.1 传统A*算法路径规划
4.2.2 算法的改进
4.2.2.2 改进启发式评估函数
4.2.2.3 多层次综合导航
4.3 仿真实验环境的设计
4.3.1 分层环境感知
4.3.2 实验环境三维建模
4.3.3 模拟实验环境的路径规划设计
4.4 本章小结
第5章 养老护理抱举机器人路径规划实验
5.1 路径规划
5.1.1 构建栅格地图
5.1.2 障碍物边缘补偿
5.1.3 改进A*算法路径规划
5.1.4 障碍物叠加
5.2 样机实验
5.3 路径跟踪实验
5.4 本章小结
总结与展望
参考文献
附录
攻读硕士学位期间研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于倍福Twin CAT的平行四边形码垛机器人控制系统设计与实现[J]. 王进,王建成,孔惠增. 自动化博览. 2018(09)
[2]开放式数控系统实验装置设计探讨[J]. 王君毅. 通讯世界. 2017(11)
[3]浅谈一种比赛用机器人小车的避障功能实现[J]. 高梅,叶丹,何莞,姚莹. 中国高新区. 2017(06)
[4]基于倍福TwinCAT的摇板式造波控制系统设计[J]. 王丁一,程少科,陈俊华,张雷. 机械工程师. 2016(07)
[5]实时修正偏移量的循迹机器人控制系统研究与实现[J]. 黄刚. 仪器仪表学报. 2015(11)
[6]基于某两款车型的悬架系统结构及操作稳定性分析[J]. 马健. 企业技术开发. 2015(17)
[7]Mecanum轮几何结构与辊子母线近似方法[J]. 杨铭,吕永健,丛新勇. 机械设计与研究. 2014(05)
[8]基于倍福软PLC的多工位自动氩弧焊机[J]. 李银华,张万伟. 电焊机. 2013(09)
[9]负载动态特性对伺服电机跟随性能影响研究[J]. 聂挺,王文格,戴俊良. 工程设计学报. 2013(04)
[10]我国助老助残机器人产业与技术发展现状调研[J]. 邓志东,程振波. 机器人技术与应用. 2009(02)
博士论文
[1]车—路耦合作用下高速公路车辆运行安全性评价研究[D]. 唐宗鑫.东南大学 2018
[2]基于激光雷达的智能车辆目标识别与跟踪关键技术研究[D]. 周俊静.北京工业大学 2014
[3]连续切换全向轮及其移动机器人的各向异性分析及优化控制[D]. 周卫华.浙江大学 2013
硕士论文
[1]基于Mecanum轮全向移动平台的结构设计与分析[D]. 袁翔.安徽理工大学 2019
[2]仿人双臂护理机器人控制系统的研究[D]. 李雪冬.北京建筑大学 2019
[3]基于麦克纳姆轮的全向智能移动机器人导航系统研究[D]. 靳士超.苏州大学 2018
[4]基于A*算法的移动机器人路径规划[D]. 王淼弛.沈阳工业大学 2017
[5]酒店服务机器人结构设计与运动控制研究[D]. 李巧艺.西南交通大学 2017
[6]轮式智能小车的全局路径规划算法与实验研究[D]. 翁星.河北工业大学 2016
[7]基于Mecanum轮的堆垛机全方位运动系统研究[D]. 崔欣岳.哈尔滨工程大学 2016
[8]一种全方位护理服务机器人的结构设计与运动学分析[D]. 武爱华.天津工业大学 2016
[9]基于FPGA的带式输送机输送量检测系统的开发与研究[D]. 关久良.东北大学 2015
[10]基于麦克纳姆轮的全向重载移动技术研究[D]. 朱浩.南京航空航天大学 2015
本文编号：3170086
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外现状
1.2.1 全向移动的国外研究现状
1.2.2 全向移动的国内研究现状
1.3 研究内容以及结构安排
第2章 养老护理抱举机器人全向移动平台的设计
2.1 护理机器人结构介绍
2.2 移动平台
2.2.1 全向移动平台的选择
2.2.2 全向轮底盘总体方案的设计
2.2.3 减震机构
2.2.4 防倾倒机构
2.3 电机功率计算
2.3.1 全向轮底盘设计
2.3.2 驱动力分析
2.3.3 驱动力分析
2.4 全向移动平台硬件控制
2.4.1 全向移动平台控制系统
2.4.2 全向轮控制系统硬件连接
2.4.3 全向轮控制系统软件控制
2.5 本章小结
第3章 全向移动平台运动学分析
3.1 全向移动平台布局
3.1.1 多轮布局选择
3.1.2 全向移动平台布局
3.2 全向移动平台运动学分析
3.3 路径跟踪控制
3.4 本章小结
第4章 养老护理抱举机器人运动路径的规划
4.1 激光雷达感知
4.1.1 激光雷达
4.1.2 激光雷达精度测定
4.2 A*算法路径规划
4.2.1 传统A*算法路径规划
4.2.2 算法的改进
4.2.2.2 改进启发式评估函数
4.2.2.3 多层次综合导航
4.3 仿真实验环境的设计
4.3.1 分层环境感知
4.3.2 实验环境三维建模
4.3.3 模拟实验环境的路径规划设计
4.4 本章小结
第5章 养老护理抱举机器人路径规划实验
5.1 路径规划
5.1.1 构建栅格地图
5.1.2 障碍物边缘补偿
5.1.3 改进A*算法路径规划
5.1.4 障碍物叠加
5.2 样机实验
5.3 路径跟踪实验
5.4 本章小结
总结与展望
参考文献
附录
攻读硕士学位期间研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于倍福Twin CAT的平行四边形码垛机器人控制系统设计与实现[J]. 王进,王建成,孔惠增. 自动化博览. 2018(09)
[2]开放式数控系统实验装置设计探讨[J]. 王君毅. 通讯世界. 2017(11)
[3]浅谈一种比赛用机器人小车的避障功能实现[J]. 高梅,叶丹,何莞,姚莹. 中国高新区. 2017(06)
[4]基于倍福TwinCAT的摇板式造波控制系统设计[J]. 王丁一,程少科,陈俊华,张雷. 机械工程师. 2016(07)
[5]实时修正偏移量的循迹机器人控制系统研究与实现[J]. 黄刚. 仪器仪表学报. 2015(11)
[6]基于某两款车型的悬架系统结构及操作稳定性分析[J]. 马健. 企业技术开发. 2015(17)
[7]Mecanum轮几何结构与辊子母线近似方法[J]. 杨铭,吕永健,丛新勇. 机械设计与研究. 2014(05)
[8]基于倍福软PLC的多工位自动氩弧焊机[J]. 李银华,张万伟. 电焊机. 2013(09)
[9]负载动态特性对伺服电机跟随性能影响研究[J]. 聂挺,王文格,戴俊良. 工程设计学报. 2013(04)
[10]我国助老助残机器人产业与技术发展现状调研[J]. 邓志东,程振波. 机器人技术与应用. 2009(02)
博士论文
[1]车—路耦合作用下高速公路车辆运行安全性评价研究[D]. 唐宗鑫.东南大学 2018
[2]基于激光雷达的智能车辆目标识别与跟踪关键技术研究[D]. 周俊静.北京工业大学 2014
[3]连续切换全向轮及其移动机器人的各向异性分析及优化控制[D]. 周卫华.浙江大学 2013
硕士论文
[1]基于Mecanum轮全向移动平台的结构设计与分析[D]. 袁翔.安徽理工大学 2019
[2]仿人双臂护理机器人控制系统的研究[D]. 李雪冬.北京建筑大学 2019
[3]基于麦克纳姆轮的全向智能移动机器人导航系统研究[D]. 靳士超.苏州大学 2018
[4]基于A*算法的移动机器人路径规划[D]. 王淼弛.沈阳工业大学 2017
[5]酒店服务机器人结构设计与运动控制研究[D]. 李巧艺.西南交通大学 2017
[6]轮式智能小车的全局路径规划算法与实验研究[D]. 翁星.河北工业大学 2016
[7]基于Mecanum轮的堆垛机全方位运动系统研究[D]. 崔欣岳.哈尔滨工程大学 2016
[8]一种全方位护理服务机器人的结构设计与运动学分析[D]. 武爱华.天津工业大学 2016
[9]基于FPGA的带式输送机输送量检测系统的开发与研究[D]. 关久良.东北大学 2015
[10]基于麦克纳姆轮的全向重载移动技术研究[D]. 朱浩.南京航空航天大学 2015
本文编号：3170086
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