手动机器人设计_论文_刘述亮

密级：NANCHANGUNIVERSITY学士学位论文THESISOFBACHELOR（2008—2012年）题目：手动机器人设计学院：机电工程学院系材料加工工程系专业班级：材料成型及控制工程学生姓名：刘述亮学号：5901208026指导教师：贾剑平职称：教授起讫日期：2012.2.23—2012.5.16南昌大学学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：导师签名：日期：摘要Ⅰ手动机器人设计专业：材料成型及控制工程学号：5901208026学生姓名：刘述亮指导教师：贾剑平摘要机器人竞赛所包含的关键技术有机器视觉技术、无线电通信技术、机电一体化技术、智能控制技术、仿真技术、软/硬集成技术、人工生命学技术、人机接口技术等，包含着21世纪我们要开发的信息、自动化、通信、机电一体化等综合技术。这些关键技术无疑对我国传统产业的技术改造具有实际意义。本课题源自中央电视台2012年举办的“第十一届ABU亚太地区大学生机器人大赛”。任务是设计其中的手动机器人，包括机器人的机械系统设计和控制算法设计。机器人能够完成硬币夹取投放、提起篮子并放到指定位置、与收集机器人搬运机器人配合完成任务。机械系统设计部分，采用模块化设计思想，详细的设计了机器人各个模块。运动系统为三全向轮三自由度移动底盘，执行机构包括同步带传动的升降机构，气缸为动力的夹具。用PROE完成了机器人的三维建模。同时对三全向轮运动规律分别建立了标准模型和变位模型，进一步论证了三轮底盘方案的可行性，为三轮机器人控制奠定基础。定位算法设计部分，通过对三轮运动规律的反推得到三编码器全场定位算法，完成相应的程序编写和调试，通过实验验证定位精度能达到比赛要求。针对三编码器定位具有累积误差的特点，增加摄像头识别白线边界特征进行辅助定位算法，与三编码器进行数据融合修正累积误差。本文作者首次提出基于环形灯板获取白线信息的全场定位算法，并用matlab行相应仿真，论证算法的可行性。另外完成基于红外测距传感器局部定位的算法设计，仿真和实验。行走控制算法设计部分，设计了全手动控制、全自动控制，半自动混合控制算法。手动控制稳定，制动控制迅速，三种控制方式各有特点，在比赛过程中根据对手的强弱选择速度还是稳定性。本文可在一定程度上和某些特定方面作为机器人设计、电气控制方法和实现的参考，也可以作为以后机器人大赛的技术积累。关键词：模块化设计;三编码器定位;全场定位;环形灯板;边界特征识别;数据融合AbstractIIManualRobotDesignABSTRACTThekeytechnologycontainedinRobotCompetitionaremachinevisiontechnology,radiocommunicationtechnology,mechantronics,intelligentcontroltechnology,simulationtechnology,hardware/softwareintegrationtechnology,artificiallifetechniquesandhuman-computerinterfacetechnology.Therearemanytechnologiesweneedtodevelopinthe21stcenturyincludedintheRobotCompetition,suchasautomation,communications,mechanicalandelectricalintegrationtechnologies.ThesekeytechnologieswillundoubtedlychangethetechnologicaltransformationofChina'straditionalindustries.Thisprojectsourcesfromthe11thABUAsia-PacificCollegeRobotContestorganizedbyCCTVin2012.Thetaskistodesignonemanualrobot,includingtherobot’smechanicalsystemandcontrolalgorithmdesign.Therobotcanperformandputinacoin,pickupabasketandplaceitinspeciallocation,completethetaskcooperationwithcollectionrobotandhandlingrobot.Weusedmodulardesignconcepttodesignmechanicalsystemandeachmoduleoftherobotindetails.ThemovementsystemisthreeOmni-directionwheelsthreeDOFchassis;actuatingmechanismcontainsliftingmechanismofthebeltdrive,cylinder-poweredfixtures.UsingPRO-Etocompletethethree-dimensionmodelingoftherobot.MeanwhileestablishingastandardmodelanddeformationmodelofthemovementruleofthreeOmni-directionwheels,demonstratingthefeasibilityofproject,laidthefoundationforthethreewheelsrobotcontrol.Atthepartoflocalizationalgorithmdesign,completingtheprogramminganddebuggingbyusingthethreeencoderlocalizationalgorithmbackwardfromthreewheelsmovementrule,makingthelocalizationaccuracyreachthecompetitiondemandbyexperiment.Aimingatthecharacterthatthree-encoderlocalizationwillaccumulateerror,weusemorecamerastoidentifythewhitelineboundarycharacteristicstoassistthelocalizationalgorithm,correctingtheaccumulatederrorbydataintegrationwiththree-encoder.Theauthorfirstproposetheall-directionlocalizationalgorithmbasedonobtaintheinformationofthewhitelinewithcircularlightpanels,simulateusingMatlabanddemonstratethefeasibilityofthealgorithm.AbstractIIIInaddition,wecompletethelocalpositioningalgorithmdesign,simulationandexperimentbasedoninfrareddistancesensor.Atthepartofwalkingcontrolalgorithmdesign,wedesignthefullmanualcontrol,automaticcontrolandsemi-automatichybridcontrolalgorithm.Itisstabletocontrolmanuallyandrapidtobrakecontrol.Thethreecontrolmethodshavetheirowncharacteristics.Toselectspeedorstabilityaccordingtothestrengthoftheopponentduringthecompetition.Thisarticlecanbeprovidedasthereferenceonsomespecificaspectstosomeextent,mayalsoastechniquedataforfuturerobotcontest.keyword:themodulardesign;threeencoderpositioning;fulllocalization;Annularlampboard;Boundarycharacteristicsidentification;Datafusion目录IV目录摘要................................................................................................................................IABSTRACT..................................................................................................................II目录.............................................................................................................................IV第1章绪论................................................................................................................11.1移动机器人及其体系结构研究的发展.........................................................11.1.1移动机器人几种典型的体系结构......................................................11.1.2自主移动机器人中的研究热点...........................................................51.2课题背景及开展研究的意义.........................................................................81.2.1机器人竞赛的出现和发展..................................................................81.2.2研究机器人竞赛的意义.......................................................................81.3本文研究的主