基于太阳能电池的移动机器人能源自治系统研究

【摘要】： 实现机器人的完全智能化,除了其行为自治外,还需要能源自治。在综合比较国内外用于移动机器人上的各种能源的基础上,得出对于石化,炼油等企业的危险作业环境下的移动机器人,太阳能是比较合适的能源之一。 基于太阳能电池的移动机器人能源自治系统,包括跟踪机构和控制系统。水平方向跟踪机构采用结构简单较为实用的转盘,竖直跟踪机构采用绕支架转动系统,以实现对太阳方位角和高度角的实时跟踪。传感系统采用光敏电阻比较法,利用了光敏电阻阻值随光强的变化而变化的原理,四个光敏电阻分别放置在电池板四周侧面的对称位置,对称位置组成两组传感系统。当每组传感系统接受到的光强小于所设定的阈值时,单片机经过处理后,不会发出让步进电机动作的命令,当每组传感系统接受到的光强大于所设定的阈值时,单片机控制步进电机向减小差值的方向转动,步进电机的速度是由偏差值经过模糊运算后来确定的,保证了太阳能电池始终与太阳光垂直,从而最大限度地接受太阳光。控制系统的CPU选用Atmel公司的At89S52(与Intel公司MCS-51系列兼容)作为控制核心来控制机构的执行部件――步进电动机。完成了单片机外围硬件电路的设计。系统驱动器采用了与步进电机配套的专用集成模块,具有强抗干扰性、高频性能好、结构简单、运行平稳等特点。 【关键词】：移动机器人 太阳能电池 能源自治 光敏电阻 光强差值
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• §1-1 引言9
• §1-2 移动机器人技术及其发展9-11
• 1-2-1 移动机器人概述9-10
• 1-2-2 移动机器人的主要研究方向10
• 1-2-3 机器人面临的问题10-11
• §1-3 国内外移动机器人能源利用现况11-13
• 1-3-1 化学能的研究11
• 1-3-2 生物能的研究11-12
• 1-3-3 激光的研究12
• 1-3-4 肌肉组织的研究12
• 1-3-5 太阳能的研究12-13
• §1-4 课题的意义和主要研究内容13-15
• 第二章 太阳自动跟踪器的研究15-22
• §2-1 引言15
• §2-2 太阳运行的规律及跟踪对策15-17
• 2-2-1 太阳运行的规律15
• 2-2-2 常用的坐标系15-17
• 2-2-3 控制方式的选择17
• §2-3 太阳跟踪机构的确立17-21
• 2-3-1 三自由度并联球面机构17-19
• 2-3-2 两自由度机构设计19-21
• §2-4 本章小结21-22
• 第三章 控制系统的总体方案设计22-45
• §3-1 引言22
• §3-2 控制系统组成22-23
• 3-2-1开环控制系统22-23
• 3-2-2 闭环控制系统23
• §3-3 单片机控制系统23-24
• §3-4 基于二自由度机构的太阳跟踪器控制方式24-26
• 3-4-1 控制系统工作原理24
• 3-4-2 步进电动机的单片机控制24-26
• §3-5 太阳能光电转换子系统26-30
• 3-5-1 光敏电阻特性27-30
• 3-5-2 模拟电信号产生电路30
• §3-6 模数转换部分30-36
• 3-6-1 ADC0809 简介30-31
• 3-6-2 AT89552简介31-34
• 3-6-3 ADC0809与AT89552接口34-36
• §3-7 单片机控制步进电机部分36-40
• 3-7-1步进电动机简介36
• 3-7-2 步进电动机的驱动36-38
• 3-7-3 步进电机及其驱动器型号的选择38-40
• §3-8 蓄电池充放电子系统40-43
• 3-8-1 蓄电池简介40-42
• 3-8-2 控制电路图42-43
• §3-9 电源电路43-44
• §3-10 本章小结44-45
• 第四章 移动机器人能源自治系统模糊控制策略45-57
• §4-1 引言45
• §4-2 模糊控制原理45-49
• 4-2-1 概述45-46
• 4-2-2 模糊控制系统组成及原理46
• 4-2-3 模糊控制规则的设计46-48
• 4-2-4 模糊化方法48
• 4-2-5 去模糊化方法48
• 4-2-6 模糊控制器论域及比例因子的确定48-49
• §4-3 太阳跟踪模糊控制系统设计49-53
• 4-3-1 输入变量E 和EC 的模糊化50
• 4-3-2 语言变量及隶属函数50-51
• 4-3-3 模糊推理及解模糊化方法51-53
• §4-4 移动机器人能源自治控制系统仿真53-56
• 4-4-1 仿真的意义53-54
• 4-4-2 MATLAB 中SIMUlink 仿真程序包简介54
• 4-4-3 移动机器人能源自治控制系统仿真54-56
• §4-5 本章小结56-57
• 第五章 实验数据及分析57-63
• §5-1 引言57
• §5-2 光线跟踪试验57-58
• §5-3 基于太阳能的能源自治试验58-62
• §5-4 本章小结62-63
• 第六章 结论与展望63-65
• §6-1 全文总结63
• §6-2 展望63-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果69

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