多功能清洁机器人研究

【摘要】：清洁机器人是目前最贴近人类的机器人,它能够代替人完成家庭地面的清理,最有可能进入千家万户成为家庭生活的一部分。清洁机器人的研究涉及到机构学、运动学、导航和路径规划等关键科学问题,在服务机器人方面是近年来国内外学者重点研究的领域之一。针对当前清洁机器人功能单一、拖地机器人拖地效果不理想等问题,本论文首先基于可重构的思想,采用功能模块化的设计方法,设计出一款多功能清洁机器人,实现了单个清洁机器人完成吸尘、拖地等多种清洁任务目标;其次研究拖地机器人的拖地机理,提出一种利用海绵滚压并清洗地面的拖地方法并设计相应的拖地功能模块;最后,基于传感器非径向排列提出一种机器人无接触式的避障方法。论文的主要研究内容如下:(1)分析现有清洁机器人的结构特点,在现有的研究工作的基础上,采用模块化的设计方法,设计一款可实现吸尘、拖地等功能的清洁机器人。将不同功能模块通过插销连接到移动平台上以实现多种清洁功能。(2)分析拖地机器人拖地原理,针对现有拖地机器人污水残留问题,改进拖地方法,提出一种利用海绵滚压并清洗地面的拖地方法。建立拖地功能模块的数学模型,进行拖地功能模块结构参数分析,求解参数之间约束关系。拖地方法的有效性通过拖地实验得以验证。(3)针对现有清洁机器人采用少量短距离传感器时不能进行无接触式避障的问题,建立红外测距传感器的测量模型,提出基于红外距离传感器非径向排列的避障方法,通过仿真实验验证机器人无接触式避障方案的可行性。(4)加工多功能清洁机器人样机,通过机器人模块连接实验,验证多功能清洁机器人方案的可行性;通过拖地实验,验证拖地方法的有效性;通过避障实验,验证机器人避障方案的可行性。 【关键词】：清洁机器人 多功能模块化 海绵滚压拖地法 机器人避障
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 国内外发展现状研究11-21
• 1.2.1 扫地机器人研究现状11-16
• 1.2.2 拖地及擦地机器人研究现状16-18
• 1.2.3 清洁机器人的避障方案研究现状18-21
• 1.2.4 清洁机器人研究中存在的问题21
• 1.3 论文的研究内容和组织结构21-23
• 第二章 多功能清洁机器人总体方案设计23-39
• 2.1 引言23
• 2.2 多功能清洁机器人结构设计23-31
• 2.2.1 整体平台设计23-25
• 2.2.2 功能模块设计25-26
• 2.2.3 运动机构设计26-29
• 2.2.4 运动性能分析29-31
• 2.3 多功能清洁机器人控制系统设计31-38
• 2.3.1 控制系统总体设计31-32
• 2.3.2 控制芯片选型32-33
• 2.3.3 电源模块设计33-35
• 2.3.4 驱动模块设计35-36
• 2.3.5 信息采集模块设计36-38
• 2.4 多功能清洁机器人的工作模式38
• 2.5 本章小结38-39
• 第三章 拖地功能模块机构设计及分析39-49
• 3.1 引言39
• 3.2 清洁机器人拖地机理及方法39-41
• 3.2.1 清洁机器人拖地机理39-40
• 3.2.2 常用的拖地方法40-41
• 3.3 基于海绵滚压的拖地方法41-48
• 3.3.1 拖地方法设计42-43
• 3.3.2 拖地功能模块的结构参数优化43-47
• 3.3.3 拖地功能模块机构及控制设计47-48
• 3.4 本章总结48-49
• 第四章 多功能清洁机器人避障方法研究49-60
• 4.1 引言49
• 4.2 传感器非径向排列的避障方法49-56
• 4.2.1 清洁机器人避障方案49-51
• 4.2.2 传感器参数优化51-55
• 4.2.3 机器人避障流程55-56
• 4.3 非径向传感器排列避障仿真56-59
• 4.4 本章总结59-60
• 第五章 实验及结果分析60-66
• 5.1 引言60
• 5.2 清洁机器人多功能方案验证60-62
• 5.2.1 功能模块的连接及运动性能试验60-61
• 5.2.2 扫地功能模块工作性能试验61-62
• 5.3 拖地方法有效性验证62-64
• 5.4 避障方案验证64-65
• 5.5 本章总结65-66
• 第六章 结论与展望66-68
• 参考文献68-73
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文73-74
• 致谢74-75

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