用开放机器人铰制结构,实现硬件可扩展,软件可移植、可继承,使机器人作为服务载体具有更好的功能适应性;机器人具有在拥挤环境下的实时避障功能,能更好地适应不断变化的清扫工作环境;吸尘机构可实现吸尘腔路的自动转换,提高了吸尘效斛18】。
在国内的其它如华南理工大学等单位也对清洁机器人进行了大量的研究并取得了~些成果,对清洁机器人相关技术如机器感知、机器人导航和定位与路径规划、机器人控制、电源与电源管理、动力驱动等技术的研究则更多,这些都为清洁机器人的研究开发和推广奠定了物质基础和技术基础。
1.4现有智能吸尘机器人存在的主要问题早在20世纪80年代,国外就开始进行清扫机器人的研发工作。
但总的来说,清扫机器人的研究还有待于深化,在无人干预的全自主高效工作的方面有待于提高,以及价位过高等。
就国内的目前研究中特别是在移动机器人的运动规划与控制及回归充电效率方面已取得了一定的成就。
但在全局定位和多房间环境下的自定位和智能决策能力及赃物检测,采用模糊逻辑技术合理安排吸尘时间等方面还有待加强。
而且除了上述几个方面,现有的智能吸尘机器人在清9上海大学硕L学位论文沽面积覆盖率、路径规划及实时避障方面也还存在缺陷。
所以就目前而言引入基于机器视觉的全局定位技术如视觉传感器采用CCD像机进行机器人的视觉导航与定位、目标识别和地图构造等方法以及多传感器信息的集成融合技术,协调使用多个传感器,消除多传感器间存在的冗余和矛盾,并加以互补,降低不确定性,获得对物体或环境的一致性描述方面仍将是今后的研究重点。
1.5本课题来源及主要研究内容本课题由上海大学与苏州索发电机有限公司于2002年开始合作开发,从机器人的工作机理、技术应用及产品等角度进行了系统的分析和研究。
本课题基于机械机构的基础,重点研究了吸尘机器人的控制系统算法的设计。
本论文的主要内容包括以下几方面;(1)分析国内现行研究现状,根据现行研究提出本论文的研究意义。
(2)研究了智能吸尘机器人的体系结构,并针对机器人的非完整性约束特点,进行了基于运动学的数学建模,并进行相关的航位推算。
(3)采用分解环境空间的方法实现全区域覆盖算法,以及子区域覆盖和局部区域的避障算法。
(4)提出以A??算法为主的在充电寻径中的应用与实现(5)研究设计了吸尘机器人控制系统硬件和软件。
(6)对于相关环境建模,运用仿真软件,实现算法的完成。
10上海人学硕}学位论文第二章车体的运动学及动力学分析2.1室内自主清扫机器人移动机构机器人在地面上的移动方式的选择通常有三种:车轮式、履带式和步进式【嘲。
步行移动方式模仿人类或动物的行走机理,用腿走路,对环境的适应性好,智能程度相对也高。
也正因为如此,步行移动方式在机构和控制上是最复杂的,技术上还不成熟,不适于用在要求灵活性和可靠性较高的场合。
利用车轮移动是最常见的一种地面行进方式。
车轮移动方式的优点是:能高速稳定地移动,能量利用效率高,机构和控制简单,而且现有技术比较成熟。
它的缺点是对路面要求较高,适用于平整的硬质道路。
但需要解决几个问题,如车轮配置方式,转向方式,从电机至轮轴的动力传递路线与方法,启动瞬间如何获取当前位置和方向信息,最高速度和加速度的期望值,电机控制方法;从理论上讲,三点决定一个平面,因此车轮式移动载体的平稳最少需要3个轮子支撑。
目前机器人上最常用的是三轮或四轮移动方式。
在某些特殊应用情况下也有用五轮以上的机器人,但这种情况下机器人结构和控制都更复杂,不适于广泛应用。
2.2轮式移动机器人模型建立和航位推算轮式移动机器人如上所述又多种配置方式,但驱动方式最常见的三种形式如:(1)两轮差速驱动方式。
它是在机器人的左、右轮上分别装上两个独立的驱动电机,通过控制左右轮的速度比来实现车体的前进和转向,非驱动轮在旋转和取向上都是自由的;(2)动力轮和主动转向轮为相同的轮子。
一般是两个电机都用来驱动前轮,一个电机作为动力驱动,用来保证机器人的平移速度的大小,另一个电机用来改变机器人的方向,即改变它的转动速度的大小。
(3)类似汽车驱动方式。
后轮为动力轮,前轮为转向轮,两个电机分别驱动前后的轮子。
三种驱动方式结构的复杂程度是不同的,两轮差速驱动方式最为简单。
三种驱动方式的运动学模型也有一定差别。
因此,针对本文研究的两轮差速驱动方式,本章首先建立了所研究移动机器人的运动学模型,然后在此基础上对航位进行推算。
上海大学硕L学位论文2.2.1移动机器人的运动学模型在本课题中路径规划实验所用的移动机器人实验平台是两轮差速驱动方式的移动机器人,即采用三轮结构,后面两个轮子为独立驱动,前面轮子为万向轮。
由于这种轮式移动机器人和其他机器人机械系统最重要的区别是轮子和地面之间存在有运动学约束,限制了轮的运动。
这种约束是一种典型的非完整的。
这种结构的优点是机构构成容易,而且旋转半径可以从零到无限大任意设定。
当旋转半径为0时,由于能绕本体中心旋转,所以有利于在狭窄场所改变方向。
移动机器人有两个自由度,两个驱动轮的轴心通过机器人的中心点,彼此相互对应〔2all2”。
对于此三轮结构建立运动学模型所.
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