拖车型自主医用配送机器人的研究与实现
发布时间：2023-01-03 11:08
近年来,随着机器人技术的发展,各个领域开始逐渐地结合机器人技术打造智能化产业。随着我国医院服务的需求逐渐增大,医护人员的缺口也在逐年增加。医用配送机器人是移动机器人技术在医院服务领域的一种应用,其目的是为了缓解医院内医护人员的工作强度及压力。针对目前医用配送机器人多采用单车体结构导致存储量小的问题以及医院内的实际环境,本文设计开发了一款拖车型自主医用配送机器人,设计了拖车型机器人的关键机械结构,以及拖车型医用配送机器人的硬件和软件控制系统,分析并改进了机器人的SLAM算法和路径规划算法,实现了拖车型医用配送机器人的建图、定位及自主导航功能。本文主要研究内容如下:首先,设计了拖车型自主医用配送机器人关键机械结构。分析设计机器人的底盘结构,根据离轴式拖车的特点设计了两种拖车连接装置,并进行了三维建模,搭建了拖车型医用配送机器人的实验平台。其次,设计了拖车型自主医用配送机器人控制系统。在硬件方面,根据实际情况对机器人的控制系统各模块进行分析及选型,并完成了原理图的设计。在软件方面,分别针对上、下位机提出了总体方案,分析了上位机中各节点功能,下位机采用增量式PID算法实现驱动电机的闭环控制,并...
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 选题目的及意义
1.2 国内外研究动态与水平
1.2.1 医用配送机器人研究现状
1.2.2 移动机器人SLAM技术研究现状
1.2.3 移动机器人路径规划技术研究现状
1.3 论文主要研究内容及具体安排
2 拖车型自主医用配送机器人总体结构及分析
2.1 拖车型自主医用配送机器人总体方案设计
2.2 拖车型医用配送机器人结构设计
2.2.1 拖车型医用配送机器人底盘结构设计
2.2.2 拖车型医用配送机器人连接装置设计
2.3 本章小结
3 拖车型医用配送机器人控制系统设计
3.1 拖车型医用配送机器人控制系统硬件设计
3.1.1 硬件系统设计方案
3.1.2 配送机器人硬件选型及布局
3.2 拖车型医用配送机器人控制系统软件设计
3.2.1 上位机软件系统
3.2.2 下位机软件系统
3.3 本章小结
4 建图算法研究
4.1 建图误差分析
4.1.1 里程计误差分析及其标定
4.1.2 激光雷达工作原理及误差分析
4.2 建图算法分析
4.2.1 Gmapping算法
4.2.2 Cartographer算法
4.3 Cartographer改进算法
4.4 本章小结
5 路径规划算法研究
5.1 全局路径规划
5.2 局部路径规划
5.2.1 动态窗口算法简介
5.2.2 运动学模型建立
5.2.3 基于路径跟踪的动态窗口算法
5.2.4 仿真验证
5.3 本章小结
6 拖车型医用配送机器人实验及分析
6.1 机器人基础设置
6.2 实验环境
6.3 建图实验
6.3.1 实验目的及步骤
6.3.2 实验配置
6.3.3 实验结果及分析
6.4 机器人导航与避障实验
6.4.1 实验目的
6.4.2 实验过程及结果
6.4.3 载重对拖车型机器人轨迹的影响
6.4.4 结果分析
6.5 本章小结
7 总结与展望
7.1 总结
7.2 创新点
7.3 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间的科研成果目录
附录A: 基于路径跟踪的动态窗口算法MAILAB程序
附录B: 下位机控制程序
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能巡检机器人研究现状与发展[J]. 苗俊,尤志鹏,袁齐坤,刘立文,王璋. 设备管理与维修. 2019(24)
[2]基于改进Dijkstra算法在智能导航中的应用[J]. 邓鹏,张杭,申有吉. 新型工业化. 2019(12)
[3]SLAM后端优化算法的研究[J]. 刘芳. 智能计算机与应用. 2019(06)
[4]一种基于麦克纳姆轮的独立悬挂系统设计[J]. 张淇杰,吴宏裕,袁嘉霁,李宏宇. 机械工程与自动化. 2019(06)
[5]物流机器人：从创新产品到整体方案的集中展示[J]. 本刊编辑部. 物流技术与应用. 2019(12)
[6]基于迭代无迹卡尔曼滤波的无人机编队协同导航[J]. 唐大全,邓伟栋,唐管政,鹿珂珂,陈正. 自动化与仪表. 2019(10)
[7]角度编码器的校准和应用[J]. 孙佳媛,刘芳芳,马建敏. 上海计量测试. 2019(05)
[8]移动机器人同时定位与建图研究综述[J]. 张国荣,王志亮,赵振栋,王明涛,张心印. 软件导刊. 2019(10)
[9]基于RS232串行通信的测距综合实验设计[J]. 邵金菊,曲金玉,高松,郭栋,徐艺. 教育现代化. 2019(68)
[10]改进的RRT路径规划算法[J]. 刘恩海,高文斌,孔瑞平,刘贝野,董瑶,陈媛媛. 计算机工程与设计. 2019(08)
硕士论文
[1]基于Cartographer算法的SLAM与导航机器人设计[D]. 贾浩.山东大学 2019
[2]护士助手机器人系统设计[D]. 李飞.哈尔滨工程大学 2017
[3]一种智能移动机器人通用控制系统研究与实现[D]. 吴晨晨.南京航空航天大学 2012
本文编号：3727354
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 选题目的及意义
1.2 国内外研究动态与水平
1.2.1 医用配送机器人研究现状
1.2.2 移动机器人SLAM技术研究现状
1.2.3 移动机器人路径规划技术研究现状
1.3 论文主要研究内容及具体安排
2 拖车型自主医用配送机器人总体结构及分析
2.1 拖车型自主医用配送机器人总体方案设计
2.2 拖车型医用配送机器人结构设计
2.2.1 拖车型医用配送机器人底盘结构设计
2.2.2 拖车型医用配送机器人连接装置设计
2.3 本章小结
3 拖车型医用配送机器人控制系统设计
3.1 拖车型医用配送机器人控制系统硬件设计
3.1.1 硬件系统设计方案
3.1.2 配送机器人硬件选型及布局
3.2 拖车型医用配送机器人控制系统软件设计
3.2.1 上位机软件系统
3.2.2 下位机软件系统
3.3 本章小结
4 建图算法研究
4.1 建图误差分析
4.1.1 里程计误差分析及其标定
4.1.2 激光雷达工作原理及误差分析
4.2 建图算法分析
4.2.1 Gmapping算法
4.2.2 Cartographer算法
4.3 Cartographer改进算法
4.4 本章小结
5 路径规划算法研究
5.1 全局路径规划
5.2 局部路径规划
5.2.1 动态窗口算法简介
5.2.2 运动学模型建立
5.2.3 基于路径跟踪的动态窗口算法
5.2.4 仿真验证
5.3 本章小结
6 拖车型医用配送机器人实验及分析
6.1 机器人基础设置
6.2 实验环境
6.3 建图实验
6.3.1 实验目的及步骤
6.3.2 实验配置
6.3.3 实验结果及分析
6.4 机器人导航与避障实验
6.4.1 实验目的
6.4.2 实验过程及结果
6.4.3 载重对拖车型机器人轨迹的影响
6.4.4 结果分析
6.5 本章小结
7 总结与展望
7.1 总结
7.2 创新点
7.3 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间的科研成果目录
附录A: 基于路径跟踪的动态窗口算法MAILAB程序
附录B: 下位机控制程序
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能巡检机器人研究现状与发展[J]. 苗俊,尤志鹏,袁齐坤,刘立文,王璋. 设备管理与维修. 2019(24)
[2]基于改进Dijkstra算法在智能导航中的应用[J]. 邓鹏,张杭,申有吉. 新型工业化. 2019(12)
[3]SLAM后端优化算法的研究[J]. 刘芳. 智能计算机与应用. 2019(06)
[4]一种基于麦克纳姆轮的独立悬挂系统设计[J]. 张淇杰,吴宏裕,袁嘉霁,李宏宇. 机械工程与自动化. 2019(06)
[5]物流机器人：从创新产品到整体方案的集中展示[J]. 本刊编辑部. 物流技术与应用. 2019(12)
[6]基于迭代无迹卡尔曼滤波的无人机编队协同导航[J]. 唐大全,邓伟栋,唐管政,鹿珂珂,陈正. 自动化与仪表. 2019(10)
[7]角度编码器的校准和应用[J]. 孙佳媛,刘芳芳,马建敏. 上海计量测试. 2019(05)
[8]移动机器人同时定位与建图研究综述[J]. 张国荣,王志亮,赵振栋,王明涛,张心印. 软件导刊. 2019(10)
[9]基于RS232串行通信的测距综合实验设计[J]. 邵金菊,曲金玉,高松,郭栋,徐艺. 教育现代化. 2019(68)
[10]改进的RRT路径规划算法[J]. 刘恩海,高文斌,孔瑞平,刘贝野,董瑶,陈媛媛. 计算机工程与设计. 2019(08)
硕士论文
[1]基于Cartographer算法的SLAM与导航机器人设计[D]. 贾浩.山东大学 2019
[2]护士助手机器人系统设计[D]. 李飞.哈尔滨工程大学 2017
[3]一种智能移动机器人通用控制系统研究与实现[D]. 吴晨晨.南京航空航天大学 2012
本文编号：3727354
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