论文(设计)--室内机器人及其路径跟踪网络设计.doc
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1、工业机器人论文题目:室内机器人及其路径跟踪网络设计摘要 近年来,室内移动机器人的研究和设计成为关注的焦点。我们采用单片机作为机器人的核心控制器,利用超声波传感器、碰撞传感器、步进电机及其控制芯片Ta8435联合制作开发了机器人实验平台。最后介绍了模糊控制、模糊神经网络,并利用模糊控制和模糊神经网络技术对室内机器人导航中的模糊控制避障和模糊神经网络路径跟踪作了MATLAB仿真研究,达到了预期的目的。该机器人是能够在房间中自动移动,完成地面吸尘、家庭守卫等工作。它集机械学、电子技术、传感器技术、计算机技术、控制技术、机器人技术、人工智能等诸多学科为一体。家庭服务机器人行业的发展,也促进了移动机器人
2、技术、图像和语音识别、传感器等相关技术的发展。关键字:室内机器人 ,模糊控制 , 模糊神经网络, 轨迹跟踪目录一、机器人的总体设计41.1机器人设计要求41.2机器人硬件结构图41.3机器人小车运动轨迹51.4超声波测距电路设计61.5碰撞传感器61.6基于TA8435芯片控制步进电机7二、用于移动机器人轨迹跟踪的模糊神经网络设计82.1网络结构82.2模糊神经网络各层输入输出描述8三、仿真实验及结果9四、结论11参考文献12室内机器人及其路径跟踪网络设计一、机器人的总体设计1.1机器人设计要求我们设计的机器人总体功能要求如下:在打开电源按钮之后,机器人直线行走,然后根据已存储的电子地图覆盖地
3、面。运动过程中进行实时避障。覆盖区域完毕后停止工作。基于以上所要实现的功能,机器人还应满足以下一些基本要求:(l)该机器人能够准确探测到机器人周围障碍物,同时探测高度要有一定限制,以免受到地面的干扰;(2)机器人的运动速度需要比较精确的控制。 移动机器人需要在自主式移动的基础上完成避障和路径规划任务。因此机器人必须对其周围环境状况有较清楚的了解。我们设计的移动机器人系统主要采用了Cygnalf020单片机作为控制器,选用步进电机及其驱动控制电路作为动力方式,采用超声波传感器作为外部环境的探测手段,同时增加了碰撞传感器来弥补超声波传感器存在探测盲区的缺陷。C8051F020单片机是高度集成的片上
4、系统,在一个芯片内集成了两个多通道ADC子系统(每个子系统包括一个可编程增益放大器和一个模拟多路选择器)、两个电压输出DAC、两个电压比较器和电压基准、SMBusI2C总线接口、UART、SPI总线接口、5个通用的16位定时器、一个具有5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列、内部振荡器、8个8位通用I/O接口和64KBFLASH程序存储器以及与8051兼容的高速微控制器内核。1.2机器人硬件结构图我们设计的室内机器人的结构如图1所示:是一个具有支撑轮的三轮小车,前面的一个轮为支撑轮,起到支撑车体的作用而无导向作用。后面的两个轮是驱动轮,由步进电机驱动。可以通过调节两个后轮的转速来控制车体
5、的运行速度和转动角度。电机与后轮各构成一个速度闭环,做恒速输出,在工作载荷内,调节两电机的输入电压即可调节两后轮的转速。其底盘采用薄钢板,三轮支撑方式,最前方为支撑轮,后方为两个平行的驱动轮,由步进电机及其细分驱动控制芯片TA8435做驱动控制。前方安装有超声波传感器和碰撞传感器。中间放置Cygnalf020单片机,用以下载控制程序。1.3机器人小车运动轨迹机器人小车的运动路径示意图如图2所示,车体运动起始点O为坐标原点,经时间t后车体运动到点A处,其中,Ex(t)和Ey(t)为小车在X方向上和Y方向上的位移;(t)和(t)为小车的角位移和角速度;为小车两后轮中点处的移动速度。图1小车结构图图
6、2运动路径示意图1.4超声波测距电路设计图3超声波接收电路图超声波电路结构见图3,4所示。我们采用超声波传感器的中心频率为40KHz,因此决定了超声波传感器激励信号的中心频率也为40KHz。由于超声波传感器对信号频率变化的敏感度比较高,稍微偏离额定的中心频率就会使传感器的发射声强明显衰减。因此产生所需额定激励信号并保证激励信号中心频率相对稳定便是超声波振荡信号发生电路的主要任务。1.5碰撞传感器在实际的调试过程中,由于超声波传感器间存在测量上的盲区,因此在机器人前端设计了碰撞传感器。既在碰撞板左右两侧各装有一个微动开关,在不发生碰撞的情况下,传感器向单片机发出的是高电平信号,移动机器人在前方的
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- 论文 设计 室内 机器人 及其 路径 跟踪 网络
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