一种便携式移动侦察机器人的设计与实现

发布时间：2017-09-14 14:29

  本文关键词：一种便携式移动侦察机器人的设计与实现

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【摘要】：便携式移动机器人具有体积小、机动性强、转向灵活、携带方便等特点,同时也能适应复杂环境,实现对周边场景有效侦测,广泛应用于灾难营救、反恐防爆、军事作业、核设施检查等领域。本文设计并实现了一种便携式移动侦察机器人,尺寸为32cm×26cm×10cm,重约3.5kg,侧面有两个长为20cm的杆臂,用于实现越障运动。该机器人主要是由机体、履带驱动机构、杆臂驱动机构组成。机器人控制系统硬件平台包括主控模块、通信模块、电源模块以及多传感器信息采集模块。在移动机器人硬件平台基础上,进行了机器人软件设计,软件设计包括主程序、功能控制程序、串口通信程序以及网络通信程序。对移动机器人样机基本性能进行了实验研究。基本性能实验包括水平运动实验,越障性能实验以及传感器功能实验。水平运动实验结果表明该机器人最大直线运动速度为1.61m/s以及转向运动偏心距离与速度成负相关关系。越障性能实验是对机器人直接越障、正向攀爬和反向攀爬三种越障方式进行测试,结果表明直接越障、正向攀爬和反向攀爬的最大高度分别为80mm、100mm和230mm,并对这三种越障方式优缺点进行了对比分析。在移动机器人平台基础上,设计了一种基于振动触觉的移动机器人为人导航系统。该系统包括上述小型移动机器人、Kinect体感设备、ZigBee无线通信模块、振动触觉腕带装置和PC上位机。移动机器人搭载Kinect体感设备,结合振动触觉腕带装置实现机器人为人导航的功能,即引导使用者在预先规划好的路径上行走。整个为人导航过程中人和机器人的距离和角度偏差控制在一定范围内,最终使人安全准确到达目的地。振动触觉腕带装置的实用性以及本系统的有效性在实际实验中均得到验证。
【关键词】：便携式移动侦察机器人 越障 振动触觉 机器人为人导航 人机协作
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 课题背景及意义8-9
• 1.2 国内外移动机器人的研究现状9-14
• 1.2.1 国外研究现状9-12
• 1.2.2 国内研究现状12-14
• 1.3 本文主要研究内容14-18
• 1.3.1 研究目的与意义14-15
• 1.3.2 本文主要工作15
• 1.3.3 内容安排15-16
• 1.3.4 项目支持16-18
• 第二章 移动机器人机构设计与动力学分析18-32
• 2.1 机器人的机构设计18-21
• 2.1.1 机器人的整体架构18-19
• 2.1.2 杆臂驱动机构设计19-20
• 2.1.3 履带驱动机构设计20-21
• 2.2 机器人运动机理分析21-30
• 2.2.1 水平直线运动分析21-22
• 2.2.2 水平转向运动分析22-24
• 2.2.3 越障性能理论分析24-28
• 2.2.4 爬坡性能理论分析28-30
• 2.3 本章小结30-32
• 第三章 移动机器人控制系统设计32-50
• 3.1 机器人控制系统总体设计32
• 3.2 机器人硬件平台搭建32-41
• 3.2.1 主控制器模块33-34
• 3.2.2 电源模块34-35
• 3.2.3 无线通信模块35-36
• 3.2.4 功能模块36-41
• 3.3 机器人下位机软件设计41-48
• 3.3.1 主程序41-42
• 3.3.2 网络通信程序42-44
• 3.3.3 串口通信程序44-45
• 3.3.4 功能模块程序45-48
• 3.4 上位机软件设计48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 移动机器人基本性能实验50-62
• 4.1 水平运动实验51-54
• 4.1.1 直线运动51-52
• 4.1.2 转向运动52-54
• 4.2 越障性能实验54-58
• 4.2.1 杆臂精度测试54-55
• 4.2.2 越障方式55-58
• 4.2.3 越障方式对比与分析58
• 4.3 传感器功能实验58-60
• 4.3.1 红外传感器测试58-60
• 4.3.2 防跌落传感器测试60
• 4.4 本章小结60-62
• 第五章 移动机器人为人导航系统研究62-74
• 5.1 引言62-63
• 5.2 导航系统的设计方案63-68
• 5.2.1 移动机器人实验平台63-67
• 5.2.2 振动触觉腕带装置67-68
• 5.3 导航算法研究68-70
• 5.3.1 领导者-跟随者控制模型68-69
• 5.3.2 机器人为人导航算法69-70
• 5.4 机器人为人导航系统实验70-72
• 5.4.1 腕带装置振动识别率实验70
• 5.4.2 机器人为人导航系统实验70-72
• 5.5 本章小结72-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 本文工作总结74
• 6.2 未来工作展望74-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间的科研成果82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：850570