清洁机器人系统开发及路径规划研究

【摘要】： 自主清洁机器人作为服务机器人的一种,能够使人们从繁重的清洁工作中解脱出来,具有广泛的应用前景。清洁机器人涉及到机械、电子和计算机等知识,是将移动机器人技术和清洁技术融为一体的高新技术产品,近年来已受到国内外的重视,成为服务机器人一个新的研究方向。本文开发了一种全自主清洁机器人并对路径规划技术进行了系统深入的研究。 主要开展了以下几个方面的研究工作: 1.在文献综述的基础上,分析了清洁机器人国内外的研究动态和发展趋势,阐述了课题的研究背景和意义,明确了论文的主要内容。 2.完成了一种清洁机器人的硬件制作和底层软件的编写工作,包括机械部分和控制部分软硬件的设计和制作,重点工作是硬件控制电路的设计,印刷电路板的制作以及系统的组装、调试。 3.研究了对清扫机器人性能起关键作用的路径规划理论,其中重点研究了未知环境的全覆盖路径规划问题。详细研究和综合比较现有典型的路径规划方法后,提出了本课题选择的路径规划方法—改进的内螺旋算法。 4.在综合考虑系统硬件资源的基础上,本文开发了一个仿真平台,结合不同形状障碍物,对改进的内螺旋算法进行了仿真。研究了算法的规则,绘制了系统的软件流程图,仿真实验结果验证了该方法的有效性,其优点是覆盖率高、计算量小、对传感器的要求较低。 5.最后,将这种算法移植到了单片机上,并且进行了实验研究。结果表明,所制作的清洁机器人能够完成房间清扫工作,达到了预期的设计效果。 【关键词】：清洁机器人 全覆盖路径规划 改进的内螺旋算法 仿真平台
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP242
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 服务机器人10-12
• 1.2 题目的来源及研究意义12
• 1.3 清洁机器人的研究现状12-18
• 1.3.1 国外研究现状12-16
• 1.3.2 国内研究现状16-18
• 1.4 清洁机器人结构组成和关键技术18-21
• 1.5 本文内容安排21-22
• 2 JP-Cleaner型清洁机器人系统设计22-45
• 2.1 机械结构组成和工作原理22-26
• 2.1.1 机械结构组成22-24
• 2.1.2 工作原理24-26
• 2.2 控制系统总体设计26-27
• 2.3 系统硬件设计27-38
• 2.3.1 控制器的选择和应用27-29
• 2.3.2 信息采集模块设计29-32
• 2.3.3 驱动模块设计32-33
• 2.3.4 电源模块33-34
• 2.3.5 状态指示及显示模块设计34-35
• 2.3.6 遥控模块设计35-37
• 2.3.7 自动充电系统设计37-38
• 2.4 系统软件设计38-44
• 2.4.1 软件总体设计38-41
• 2.4.2 行走控制模块41-42
• 2.4.3 LCD显示模块42-43
• 2.4.4 红外遥控解码模块43-44
• 2.5 本章小结44-45
• 3 清洁机器人路径规划研究45-57
• 3.1 路径规划概述45-47
• 3.1.1 路径规划的定义45-46
• 3.1.2 路径规划的分类46-47
• 3.2 路径规划算法选择47-51
• 3.2.1 常用的几种算法47-50
• 3.2.2 改进的内螺旋算法50-51
• 3.3 清洁机器人的定位51-54
• 3.3.1 室内定位方式的选择51-52
• 3.3.2 基于光电编码盘的定位系统52-54
• 3.4 环境地图的构建54-55
• 3.4.1 环境地图的构建方法54-55
• 3.4.2 基于栅格法的环境地图的构建55
• 3.5 本章小结55-57
• 4 路径规划仿真实验分析与改进57-78
• 4.1 仿真开发的作用和必要性57
• 4.2 仿真程序介绍57-59
• 4.3 仿真程序相关技术59-66
• 4.3.1 面向对象方法59-61
• 4.3.2 计时器及动画显示61-62
• 4.3.3 机器人工作流程及路径算法62-66
• 4.4 点到点路径规划仿真结果及分析66-69
• 4.4.1 点到点路径仿真66-68
• 4.4.2 改进后路径仿真及分析68-69
• 4.5 全覆盖路径规划仿真结果及分析69-77
• 4.5.1 不同地图仿真实验69-75
• 4.5.2 相同地图不同算法仿真实验75-77
• 4.6 本章小结77-78
• 5 实验及其结果分析78-84
• 5.1 算法的具体实现78-81
• 5.2 实验及其结果分析81-83
• 5.3 本章小结83-84
• 6 结论84-85
• 参考文献85-89
• 附录一: 电路原理图89-90
• 附录二: 主要程序代码90-95
• 作者简历95-97
• 学位论文数据集97

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