自主移动机器人系统的设计

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自主移动机器人系统的设计
页数 76 字数 27997
摘要
现代科学技术的迅速发展,尤其是进入上个世纪80年代以来[1],机器人技术进步与其在各个领域的广泛应用,引起了各国专家的普遍关注。作为机器人科学的一个重要的组成部分,移动机器人一直是机器人科学的研究热点之一。近年来对移动机器人的研究受到重视,自主式移动机器人是研究最多的一种。作为智能机器人的一种,自主式机器人能够按照预先给出的任务指令,根据已知的地图信息做出全局路径规划,并在行进过程中,不断感知周围环境信息,引导机器人自身绕开障碍物(简称避障),安全行驶到达指定目标,并执行要求的动作与操作。
下面就自主移动式机器人[2]的关键技术、国内外发展现状和本文的研究工作等方面分别予以介绍。

目 录
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 自主移动机器人技术概述 1
1.2.1 自主移动机器人的分类 1
1.2.2 自主移动机器人的关键技术 2
1.3 目前研究热点及发展趋势 3
1.3.1 国外移动机器人的发展现状 3
1.3.2 国内研制的几种移动机器人 4
1.4 本课题的来源与研究内容 6
第2章 移动机器人的体系结构 7
2.1 移动机器人的结构 7
2.1.1 移动平台系统 7
2.1.2 机械手系统 8
2.1.3 视觉系统 9
2.1.4 主控系统 10
2.1.5 远程系统 11
2.2 接口协议与通信规范 11
2.2.1 串口通讯 11
2.2.2 无线通讯 15
2.3 本章小结 20
第3章 移动机器人控制系统结构设计 21
3.1 移动机器人控制体系结构的基本功能和要素 21
3.2 移动机器人的控制结构 21
3.2.1 传统控制系统 22
3.2.2 反应式控制系统 23
3.2.3 基于行为控制技术 24
3.2.4 混和式控制系统 25
3.3 移动机器人控制系统结构设计 25
3.3.1 控制结构方案的分析和选取 27
3.3.2 控制结构设计 27
3.4本章小结 30
第4章 移动机器人的运动控制 31
4.1问题分析和描述 31
4.2 运动学分析 32
4.2.1 运动学建模 32
4.2.2 运动学方程推导 33
4.3 移动机器人运动控制算法的设计 36
4.3.1 直线行走 36
4.3.2 原地转动 38
4.3.3 转弯运动 39
4.3.4 左右移动 40
4.4 算法仿真 41
4.5本章小结 43
第5章 任务控制 44
5.1 总的任务的描述和分解 44
5.2 目标搜索、靠近和对准 44
5.2.1 视觉导航 44
5.2.2 机器人行走 45
5.2.3 目标的搜索和靠近 46
5.2.4 目标物体的对准 47
5.3 物体的抓取和放置 48
5.4 机器人的自主避障 48
5.4.1路径规划 50
5.4.2 势场的建立与计算 51
5.5本章小结 55
第6章 远程控制 56
6.1 移动机器人远程控制功能设计 56
6.1.1 移动机器人远程控制模式的设计 56
6.1.2 移动机器人远程监护模式的设计 57
6.2 人机交互界面设计 57
6.2.1 平台和机械手基本命令控制界面 58
6.2.2 机器人任务控制界面 59
6.2.3 小车状态显示 60
6.2.4 视频显示 61
6.3本章小结 62
结论和展望 63
参考文献 65
攻读学位期间发表的论文和取得的科研成果 69
致 谢 70

参考文献
[1]徐国华,谭民.移动机器人的发展现状及其趋势[J].机器人技术与应用,2001,14(3):7-l4页
[2]卢韶芳,刘大维.自主式移动机器人导航研究现状及其相关技术.农业机械学报.2002, 33(2):112-116页
[3]罗志增,蒋静坪.机器人感觉与多信息融合,机械工业出版社,2002.
蔡自兴.机器人学[M].北京:清华大学出版社,2000
[4]马明山,朱绍文,何克忠等.室外机器人定位技术研究.电工技术报.1998,13(2):43-46页
[5]冯建农,柳明,吴捷.自主移动机器人智能导航研究进展.机器人,1997, 19(6):468-478页

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