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基于触须传感器的移动机器人控制研究

作　者: 方志军
导　师: 谷安
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 移动机器人 触须传感器 单片机 特征提取 轮廓识别 模糊控制
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


利用传感器探测障碍物的特征,是移动机器人获取环境信息实现自主导航与避障的重要内容之一。本文研究的是未知环境中移动机器人基于触须传感器的障碍物检测,及其在行走移动过程中的避障应用。主要的内容包括触须传感器的研制、移动机器人控制系统的设计、基于触须测距的障碍物轮廓识别和触须机器人的避障控制研究四个部分。1.阐述了啮齿类动物的触须机理,据此提出了仿生型触须的设计思想,改进了基于PSD的触须传感器机械结构,优化了传感器的信号调理电路。在数控工作台上进行的标定实验证明触须传感器具有较好的线性度。2.介绍了两轮差速移动机器人的车体结构并进行了运动学分析。在此基础上,搭建了以增强型单片机STC12LE5412AD为核心的移动触须机器人系统,编写了各模块的软件控制程序。利用VC开发了人机界面,实现远程监控。3.不同于基于距离数据(激光、超声)和基于可视表象的环境特征的提取,本文提出了基于触须测距的物体轮廓特征识别的方法。建立触须触碰模型后对其进行力学分析,将得到的触须偏转挠度与障碍物距离之间的函数关系应用到轮廓特征的重建上。利用移动机器人平台进行了物体二维平面上的轮廓识别实验,分析处理后的数据说明该方法具有一定的可行性。4.由于移动机器人系统高度的非线性,本文采用模糊逻辑实现机器人的避障控制。在介绍模糊控制原理的基础上,设计了一种适用于移动触须机器人避障控制的模糊逻辑控制器,并进行了避障行为的仿真实验。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 移动机器人技术概况  11-13
    1.1.1 移动机器人技术研究现状  11-12
    1.1.2 移动机器人技术发展趋势  12-13
  1.2 移动机器人传感器简介  13-15
  1.3 触须传感器在移动机器人中的应用研究  15-17
    1.3.1 国外的发展历史与现状  15-16
    1.3.2 国内的发展状况  16-17
  1.4 课题研究意义及主要研究内容  17-19
    1.4.1 课题研究意义  17-18
    1.4.2 课题主要研究内容  18-19
第二章 移动机器人的移动机构与触须感知系统  19-29
  2.1 移动机器人轮式移动机构  19-20
  2.2 移动机器人运动学模型  20-22
  2.3 移动机器人触须传感器  22-28
    2.3.1 触须传感器的仿生学原理  23-24
    2.3.2 触须传感器的机械结构设计  24-25
    2.3.3 触须传感器信号采集  25-27
    2.3.4 标定实验  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章 移动机器人控制系统总体设计  29-42
  3.1 移动机器人控制系统硬件设计  29-35
    3.1.1 控制芯片STC12LE5412AD 简介  30
    3.1.2 电机驱动模块  30-33
    3.1.3 触须传感器和光电码盘模块  33-34
    3.1.4 无线通讯模块  34-35
  3.2 移动机器人控制系统软件设计  35-40
    3.2.1 运动控制软件设计  36-38
    3.2.2 触须传感器信号采集软件设计  38-39
    3.2.3 无线通讯程序设计  39-40
  3.3 上位机监控界面设计  40-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章 基于触须传感器的物体轮廓识别  42-52
  4.1 环境特征信息获取  42-44
    4.1.1 基于距离数据的特征提取  42-43
    4.1.2 基于可视表象的特征提取  43-44
  4.2 基于触须测距的障碍物特征提取  44-49
    4.2.1 移动机器人触须传感器的模型建立  44-45
    4.2.2 仿生触须的力学分析  45-46
    4.2.3 障碍物距离探测  46-48
    4.2.4 障碍物轮廓特征提取  48-49
  4.3 轮廓识别实验  49-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章 基于模糊逻辑的移动触须机器人避障控制研究  52-66
  5.1 模糊控制系统概述  52-54
    5.1.1 模糊控制的基本原理  52-53
    5.1.2 模糊控制器设计过程  53-54
  5.2 基于模糊满意度的模糊控制器设计方法  54
  5.3 移动触须机器人避障模糊控制系统设计  54-60
    5.3.1 确定输入变量和输出变量  55-56
    5.3.2 设计模糊控制器的控制规则  56-59
    5.3.3 模糊推理与清晰化  59-60
  5.4 基于MATLAB 的仿真实验  60-65
    5.4.1 模糊控制器MATLAB 仿真  60-64
    5.4.2 仿真结果  64-65
  5.5 本章小结  65-66
第六章 总结与展望  66-68
  6.1 本文总结  66-67
  6.2 工作展望  67-68
参考文献  68-72
致谢  72-73
在学期间的研究成果及发表的学术论文  73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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