清洁机器人控制系统设计及几何地图匹配定位的实现

【摘要】： 随着人民生活水平的提高和科技的进步,清洁机器人作为家庭不可缺少的室内清洁工具的观点,已渐渐被人们认可,未来必将有广阔的市场前景。清洁机器人的研究集成了计算机、智能控制、人机工程、机械等诸多学科技术,越发受到国内外学者的重视,并取得了很多新成果。自主定位和地图匹配是清洁机器人研究的两个核心问题,是实现自主导航和遍历规划的基础。本文基于低成本的传感器组合使用相对定位+绝对定位(几何地图匹配定位)的方法实现机器人的自主定位。 本文首先介绍清洁机器人整体结构设计方案,包括机器人移动机构、传感器系统和控制系统设计与实现方法,进而分析传感器系统各检测单元的作用和工作原理,详细描述以嵌入式DSP为核心的控制系统、驱动系统和传感器系统等相关功能模块的控制电路的设计。给出机器人的运动方程和相对定位误差的来源。 本文提出基于红外测距传感器的几何地图匹配的方法,通过墙角、房门和通路等高级环境特征的辨识、测量和提取,依据几何地图模型实现几何地图的构建和匹配。可将定位误差不定期“归零”,以避免相对定位的误差不断增大而导致定位失败的情况。最后通过实验验证了几何地图匹配方法的作用和可行性。 【关键词】：清洁机器人 几何地图匹配 DSP 红外测距
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP242.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题来源8
• 1.2 研究的目的和意义8-10
• 1.2.1 清洁机器人概述8-9
• 1.2.2 研究清洁机器人定位问题的意义和方法9-10
• 1.3 国内外在该方向的研究现状及分析10-13
• 第2章 清洁机器人系统构成13-25
• 2.1 引言13
• 2.2 清洁机器人构成13-16
• 2.2.1 行走运动机构14-15
• 2.2.2 传感器的选择和布置15-16
• 2.3 清洁机器人传感器简介16-21
• 2.3.1 红外测距传感器16-17
• 2.3.2 超声测距模块17-20
• 2.3.3 电子罗盘20
• 2.3.4 增量光电旋转编码器20-21
• 2.3.5 无线数字传输模块21
• 2.4 清洁机器人相对定位分析21-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 控制系统硬件设计25-33
• 3.1 引言25
• 3.2 控制系统体系结构25-26
• 3.3 硬件控制系统方案设计26-27
• 3.4 控制电路设计27-30
• 3.4.1 主控制芯片简介27
• 3.4.2 基本外围电路设计27-30
• 3.5 硬件可靠性设计30-32
• 3.6 本章小结32-33
• 第4章 控制系统软件设计33-45
• 4.1 引言33
• 4.2 DSP2812 集成开发平台 CCStudio 3.3 简介33
• 4.3 软件设计构成33-44
• 4.3.1 初始化部分33-34
• 4.3.2 主程序部分34-35
• 4.3.3 中断服务程序35-36
• 4.3.4 子功能程序36-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 基于障碍物特征的几何地图匹配45-55
• 5.1 引言45
• 5.2 几何地图与障碍物类型45-48
• 5.3 几何地图匹配算法48-54
• 5.4 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-61
• 致谢61

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