基于全向底盘的迎宾机器人设计
毕业论文关键词 服务机器人 底盘结构 运动学模型 底盘控制系统
Title Design of the Greeter-Robot Based on Omni-Directional Chassis
Abstract The exponential development of scientific technology and social demands gives service robot industry enough emphasis, which makes service robots gradually enter each corner in our daily life. Studying intelligent service has tremendous practical purpose and theoretical value. This treatise focuses on the Greeter-Robot based on Omni-directional chassis. Omni-directional robot receives comprehensive research and application due to its high-level mobility and stability. The attributes of flexibility and steadiness can satisfy robot to move persely, neatly and precisely. The main contents of this article are as follows: (1) Optimize the structural design and analysis of Omni-directional chassis, finish the calculation of drive system and selection of sensors (2) Study the algorithm of Omni-directional control and the realization of forwarding, backing and turning
key words: intelligent service robot, chassis structure, kinematics model, control system of chassis
目录
1绪论3
1.1迎宾机器人全向底盘的研究背景及意义.3
1.2机器人底盘的国内外发展现状.3
1.3本文的主要研究内容7
2迎宾机器人底盘结构方案设计8
2.1机器人底盘结构设计要求与方案8
2.2机器人底盘运动学分析与比较8
2.3下一代机器人底盘结构选型.11
2.4全向移动底盘设计.15
3迎宾机器人底盘控制系统硬件设计.17
3.1机器人常用的传感器.17
3.2机器人四轮底盘传感器的选择和布置.18
4迎宾机器人底盘的控制设计.22
4.1机器人底盘的控制设计.22
4.2机器人行走程序.23
结论.26
致谢.27
参考文献28
附录A30
1 绪论 1.1 迎宾机器人全向底盘的研究背景及意义 近年来，社会生活水平的发展和机器人技术的提高使各个领域推出新鲜事物来吸引顾客从而提高竞争力，现在许多商场、科技馆、公司企业等场所的门口大多都站有迎宾人员。然而，这种迎宾方式不仅仅消耗了大量的材料资源，并且由于当今劳动成本的不断增加，极大地增加了公司的生产成本；另外，服务人员长期进行单调一致的工作会导致工作兴致锐减，从而降低服务质量[1]。 社会保障和服务的迫切需求，使服务型商业机器人产业化成为大趋势。同时，随着传感和控制技术、驱动技术以及材料技术的发展，在服务产业实现运输、操作及加工自动化已具备了必要的条件，服务机器人开辟了机器人应用的新领域 [2]。本文的全向底盘迎宾机器人正是商业服务机器人的一个种类，研究和设计完善这种迎宾机器人，不仅可以极大减少人工的负担，提升日常的工作效率，又可以节约购买国外产品的成本，具有极大的意义。 其中，相比较双足机器人，轮式机器人在移动速度，运行稳定性，应用范围，承载能力等多个方面都具有明显的优势，所以广泛应用于服务机器人、巡检机器人、探测机器人等领域[3]。全向轮式移动机器人能有具备这样的优势主要是因为它们安装的是配备两个方向移动自由度的全向轮，其全向轮能够让机器人在运动过程中重心移动相对平稳[4]。拥有全向移动能力的机器人，其在二文平面上能够自主控制机器人的重心平移和旋转速度，这是传统的轮式机器人没有办法实现的[5]。而全向机器人底盘的机械结构与控制系统决定了全向轮的运动是否能与运动控制和软件系统中各模块的功能相协调工作；同时，底盘的机械结构决定了全向轮系的选取。可以说，良好的底盘结构设计与控制系统决定了全向机器人是否能够平稳移动、运行[6]。 本课题主要针对迎宾机器人全向底盘的结构设计以及控制系统进行研究，继续优化原有的四轮全向底盘迎宾机器人，为生产制造下一代的迎宾机器人做准备。 1.2 机器人底盘的国内外发展现状 1.2.1 机器人全向底盘的国内发展现状 中国移动机器人的研究是八五时期开始发展的。与世界机器人强国美国、日本比较，我国在移动机器人的研究开始时间不是特别早。在国家“十五” 863 计划中,清华大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学、中国科技大学、中科院自动化研究所、沈阳自动化研究所等展开了一系列有关智能机器人方面的研究,对于一些户外移动机器人的一些关键技术靠近甚至接近了国际领先水平[7,8]。 其中，2010 年由中控科技集团和浙江大学共同研究开发及制造的高科技智能服务型机器人海宝（如图 1.1），其底盘使用四轮支持,并用四台电机独立驱动。机器人底盘安装了激光测量系统、光电编码器与超声传感器,根据上位机里面避障与路径规划算法进行决策,操控机器人的移动,海宝机器人在 2010 中国上海世界博览会期间承担了一部分讲解导游工作,它的智能语音对话系统给中外友人留下了难以磨灭的印象[9]。
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