基于视觉的移动机器人设计与分析Word格式文档下载.docx
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能使机器人在未知的环境下,通过自身传感器测量周围环境数据,逐渐估计自身位置和运动状况,并把信号反馈到单片机,使单片机按照预定的工作模式控制小车的运动控制。
内容包括:
1.机械结构设计:
机器人采用两轮独立驱动的履带结构,动力源采用直流无刷电机,减速和传动装置采用齿轮传动,利用差速移动平台实现机器人的转向,选用增量式光电编码器进行对机器人速度的检测,实现机器人的定位。
2.控制结构设计:
控制部分采用AT89C51型号单片机进行接受命令和产生驱动信号,电机的驱动部分采用L293D控制芯片,芯片利用接受到的单片机发出的信号来控制电机的转速。
3.传感器部分:
利用视觉传感器收集图像,送至上位机进行图像处理。
关键词:
移动机器人单片机运动控制视觉传感器图像处理
Abstract
Mobilerobot
isanimportantbranchofroboticsandwillbewidelyappliedinbothmilitaryfieldandcivilarea.Withthedevelopmentofroboticsandartificialintelligence,scientistswereoftenfacedwithissuesoncooperationandcoordinationamongdifferentrobotsinaworkspace.Thishasledtothedevelopmentsinmulti-robotcooperativesystemsMRCS.AsaresearchmodelofMRCS,soccerrobotisaninterdisciplinaryareathatinvolvestheknowledgeofrobotics,intelligencecontrol,wirelesscommunication,computerscience,sensortechnology,imageprocessing,artificialintelligence,andsoon.Ithasbecomeapublicexperimentalplatformforuniversitiesallovertheworldtocommunicatewitheachother.Ithasgainedconsiderableattentioninrecentyears.
Originallyinferiordesignsimplenessisrobotic,adoptthemonolithicmachinetobethehandcartdetectingandtocontrolcore;
Adoptoptesthesiasensor
toresolvetheinteriorlocalizedintelligencerobotproblem,realizesarobot"
actingonself'
sownininteriorhitthetargetcomplicatedenvironmentcompleteness"
.Andcanmakeroboticundertheunknownenvironment,gradually,estimateoneselflocationandmovestatusbythefactthatoneselfsensormeasurestheenvironmentdatacouplingbackthesignalarrivesatthemonolithicmachine,makesthemonolithicmachinecanlookfortraceaccordingtogivingstableblacktheguidancelinearbitrarilystableaccordingtothatthepredeterminedjobpatterncontrolsahandcartusesahandcart.
ContentsInclude:
1.Designofmechanicalstructure:
therobotdrivenbytwoindependenttrackstructures,thepowersourceusingbrushlessDCmotor,gearreducerandgearbelttransmissionbyusingdifferentialsteeringmobilerobotplatform,useincrementalphotoelectricencoderforspeeddetectionofrobots,robotpositioning.
2.Designofcontrolstructure:
controlpartofthemodelusingAT89C51microcontrollerforreceivingordersandgeneratesdrivesignals,thedrivingpartisL293Dmotorcontrolchip,chipmicrocontrollerusingthereceivedsignalstocontrolmotorspeed.
3.Sensorparts:
therobotusingvisionsensorsforcollectimages,andsendtheimagestoupper-computerforimageprocessing.
Keywords:
mobilerobot,motioncontrol,singlechip,visionsensor,imageprocessing
1移动机器人
1.1移动机器人的研究历史
机器人
是一种自动化的机器,所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能,如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力,是一种具有高度灵活性的自动化机器。
移动机器人技术一直是人类长期科学研究的热点。
它的历史可以追溯到20世纪六十年代。
1962年,美国Unimation公司的第一台机器人Unimate。
在美国通用汽车公司(GM)投入使用,标志着第一代机器人的诞生。
1968年,美国斯坦福研究所公布了他们研发成功的机器人Shakey,该机器人能够根据人的指令通过视觉传感器发现并抓取积木,标志着第一台智能机器人的诞生,同时也揭开了移动机器人研究的序幕。
现在,国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。
一般说来,人们都可以接受的说法是:
机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。
联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义:
“机器人是一种可编程和多功能的,用来搬运材料、零件、工具的操作机;
或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。
”机器人能够利用各种传感器采集机器人所在环境的特征,通过各种环境特征可以自动地规划自己的行动路径,实现寻迹、避障等智能行为。
早期的机器人主要应用于工业领域,例如利用机器人搬运工件、更换刀具、焊接工件、喷射油漆以及实现零件的装配等工作。
但是到了90年代,随着机械技术、计算机技术、微电子技术、网络技术以及人工智能技术的快速发展,机器人活动领域的不断扩大,机器人的应用从制造业领域向非制造业领域不断发展,原先只是在工业中才使用的自主式机器人也开始进入到人们的日常生活中来,因此在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域都能看到移动机器人的身影,美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等都陆续成立了机器人实验室,由此机器人技术得到了长久的发展。
本文设计的机器人实际上就是一种利用视觉传感器自动移动的机器装置,由视觉传感器采集图像,送至上位机分析,实现路径识别,采用单片机控制直流无刷电机实现对小车速度的控制,达到运动要求。
1.2课题的现实意义
对智能机器人的研究有着广泛的现实意义,概括地说可以有三点:
1.智能机器人技术是一门综合性很强的技术。
对移动机器人的设计包括机械结构、传感器、运动学方程、控制系统、路径规划以及各种算法的分析与设计。
因此移动机器人的研究涉及到的学科包括:
机械加工技术、传感器技术、信息处理技术、通信技术、自动控制技术、电子技术、机器视觉技术、图像处理技术、网络技术以及计算机技术等等,所以移动机器人技术的发展使得各门科学技术都得到了长远的进步与发展,是科学技术不断发展的有力途径和工具。
2.智能机器人有着广泛的应用前景,可以说它几乎渗透到了人类社会所有的领域。
可以预见在未来的人类社会里,移动机器人将会出现在我们生活中的每一个角落,成为时代发展的主流。
随着人们生活水平的提高,人类对机器人的功能也提出了更高的要求,越来越多的移动机器人已经走入了我们的生活,在家里,服务型的室内机器人可以从事清洁卫生、园艺、垃圾处理、家庭护理与服务等作业;
在医院,移动机器人可以从事手术、化验、助残、导盲、运输、康复及病人护理等作业;
在商场和旅游中,导购机器人、导游机器人和表演机器人都使得人类生活变得丰富多彩。
因此移动机器人已经成为未来社会非常有潜力的产业,谁可以掌握室内移动机器人的关键技术,谁就可以引领世界的潮流。
3.机器人的发展是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要体现。
它实现了工业的完全自动化,从机械加工到零件的装配,甚至连工艺的设计都由工业机器人完成。
机器人带动了工业技术的革新,社会的发展以及其他领域的革命。
当今社会,机器人正代替人发挥着日益重要的作用,不断地改变着人类的生活方式,因此完全可以说机器人技术的发展带动了整个人类社会的发展。
综上所述,我国对移动机器人的研究面临着很大的挑战,必须加大对机器人的开发与应用才能走在时代的前列。
1.3智能机器人的发展
1.3.1智能机器人的定义
自机器人问世以来,人们就很难对机器人下一个准确的定义,欧美国家认为机器人应该是“由计算机控制的通过编程具有可以变更的多功能的自动机械”;
日本学者认为“机器人就是任何高级的自动机械”;
我国科学家对机器人的定义是:
“机器人是一种自动化的机器,所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力,如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力,是一种具有高度灵活性的自动化机器。
”目前国际上对机器人的概念已经渐趋一致,联合国标准化组织采纳了美国机器人协会于1979年给机器人下的定义:
“一种可编程和多功能的,用来搬运材料、零件、工具的操作机
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