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轮式循迹机器人的控制系统设计与试验研究开题报告

 2020-09-15 22:05:10  

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.1 研究的背景及意义

机器人是一个可以感知周围环境、逻辑推理和决策、行为控制与执行的自动化机械装置[1]。它是融合机械学、材料学、控制工程学和计算机技术等于一体,形成的一门综合性的新技术学科。随着信息技术和人工智能技术地发展,机器人技术也得到了迅猛发展,机器人的应用范围不断扩展,除了工业机器人外,出现了服务机器人、医疗机器人等特种机器人,而且在环境监测、路径规划指引、宇航航天和特种环境等危险场合得到很好的应用[2]。因此,机器人的研究是当今光机电一体化的重要方向。

其中,轮式机器人也称为智能小车,是特种机器人学科中的重要分支之一[3]。轮式机器人具有结构简单、速度可调控等特点,是一种对周围环境高度开放的系统,其可以预先设定任务指令,并且能够在执行过程中,在工作中实时不断地感知周围局部环境信息,智能地做出各种决策,自主地行为运动,完成目标任务[4-5]。轮式机器人已经具有一定的应用范围,例如自动化生产线的物料陪送机器人,医院的机器人护士,商场的导游机器人等。这都要求机器人可以在大范围的全局环境中进行指定路径运动,这对循迹技术提出了更高的要求。

循迹技术要求轮式机器人能按照给定的路线进行自主移动。轮式循迹机器人运用了传感器、信号处理及人工智能控制等技术,可实现路况侦测、信息判断和自主驾驶等功能[6]。其具有一定灵活性、自主性和实时性,这对处理各种危险环境下的样本数据采集、环境质量监控和故障实时处理等问题有着实际的指导意义。特别是在危险地区(核辐射、化学污染)和极端环境 (高温,酸性) 中发挥不可替代的作用[7],如变电站巡检机器人、核电站作业机器人等,这极大地降低了工作人员的作业危险性和工作劳动强度,使工作变得简单而和谐,可以说轮式循迹机器人拥有广泛的应用前景。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究的基本内容与目标

通过认真了解轮式循迹机器人发展现状,针对轮式循迹机器人的运动控制系统设计和功能测试,进一步研究其系统控制原理及功能实现方法,并给出轮式循迹机器人软硬件设计方案。本课题以轮式循迹机器人为研究对象,依据实际工况,采用双前轮驱动、后轮为万向轮的的运动方式,利用不同物体表面对红外光反射率的不同的原理,设计了轮式循迹机器人运动控制系统[13],具体内容为:

(1)分析轮式机器人的运动控制原理,采用双前轮驱动、后轮为万向轮的机械结构;通过对差速转向方法和电机控制算法深入研究,实现轮式循迹机器人运动功能。

(2)建立轮式机器人运动学模型,针对不同路径信息,优化运动学参数和系统反馈数据,实现精准控制。

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3. 研究计划与安排

第1—3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,确定方案,完成开题报告;完成英文文献翻译。

第4周:分析循迹机器人研究现状,对本课题工况,合理开发机械系统和控制系统,完成总体方案设计。

第5—9周: 确定硬件平台和软件平台的开发环境,设计合理的机械尺寸,根据功能需要对电子元件进行选型,完成具体设计。

第10—13周:完成设计开发联调,整体系统功能实现。

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4. 参考文献(12篇以上)

【1】徐保国,尹怡欣,殷路等.智能移动机器人技术研究进展[j] .仪器仪表学报,2007,28(4):683~685.

【2】彭文刚,彭宝林,柳胜.移动机器人导航系统的研究现状与发展趋势[j] .机电信息,2009(36):69~70.

【3】王晶.智能小车运动控制技术的研究[d] .武汉:武汉理工大学,2009.

【4】李玉娟.基于 stm32 的变电站巡检机器人运动控制系统设计与实现[d] .成都:西南交通大学,2013.

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