机械电子学作业

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1、机械电子学课程作业类别标准分数实得分数平时成绩作业成绩总分100授课教师签字专业：机械制造及其自动化课程名称：机械电子学学号：姓名：完成时间：2015年1月23日清扫机器人的设计方案1.引言随着社会的进步和发展，人们的物质和精神生活质量的提高，迫切需要从繁重的清洁够工作解脱出来。由此诞生了一种家用服务型吸尘机器人,它将移动机器人技术和吸尘技术有机地融合起来，实现家庭、宾馆、写字楼等室内环境的半自动或全自动清洁。自主吸尘机器人作为智能移动机器人实用化发展的先行者，其研究始于20世纪80年代，到目前为止，已经产生了一些概

2、念样机和产品。吸尘机器人的发展，带动了家庭服务机器人行业的发展，也促进了移动机器人技术、图像和语音识别、传感器等相关技术的发展。作为智能移动机器人的一个特殊应用，从技术方面讲，智能化自主式吸尘器比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性。从市场前景角度讲，自主吸尘器将大大降低劳动强度、提高劳动效率，适用于家庭和公共场馆的室内清洁。因此，开发自主智能吸尘器既具有科研上的挑战性，又具有广阔的市场前景[1]。本文选择卫博士TRV-11NB88扫地机器人，介绍清扫机器人的机械部分机构，主要对路径规划和自主充电

3、对接进行具体分析。2.清扫机器人的关键技术清扫机器人系统通常由四个部分组成：移动机构、感知系统、控制系统和吸尘系统。移动机构是吸尘机器人的主题，决定了吸尘器的运动空间，一般采用轮式机构。感知系统一般采用超声波测距仪、接触和接近觉传感器、红外线传感器和CCD摄像机等。随着近年来计算机技术、人工智能技术、传感技术以及移动机器人技术的迅猛发展，吸尘机器人控制系统研究和开发已具备了件事的基础和良好的发展前景。吸尘机器人的控制与工作环境往拄是不确定的或多变的，因此必须兼顾安全可靠性、抗干扰性以及清洁度。用传感器探测环境、分析信

4、号，以及通过适当的建模方法来理解环境，具有特别重要的意义，近年来对只能机器人的研究表明，对于工作在复杂非结构环境中的自主式移动机器人，要进一步提高其自动化程度，主要依赖模式识别及障碍物识别、实时数据传输及适当人工智能方法，还需要进一步开发全局模型，从而为机器人获取全局信息。目前发展较快、对吸尘机器人发展影响较大的关键技术是：传感技术，智能控制技术、路径规划技术、吸尘技术、电源技术等[2]。2.1定位技术定位是根据已知的环境地图信息，结合机器人内部传感器的返回信息，对机器人在任意时刻的位姿的估计。根据机器人定位所采用的

5、传感器的不同，可以将机器人定位技术分为绝对定位和相对定位[3][4]。相对定位主要有惯导法和测距法两种。惯导法是利用陀螺仪及加速度计等传感器，根据测量值的积分计算出位置的偏移量，而测距法是利用编码器等传感器，根据采样时间内位移的增量推算出位置。绝对定位是指利用传感器得到机器人的绝对位置信息，包括电子罗盘定位，GPS定位，路标导航定位，地图模型匹配等[5]。不同的定位方法都有各自的优点以及不足，在具体的定位过程中可以综合不同的定位方法。2.1传感技术为了让清扫机器人正常工作，必须对机器人位置、姿态、速度和系统内部状态进

6、行监控，还要感知机器人所出工作环境的静态和动感信息，使得吸尘机器人相应的工作顺序和操作内容能自然地适应工作环境的变化。通常采用的传感器分为内部传感器和外部传感器。其中内部传感器有：编码器、线加速度计、陀螺仪、磁罗盘等。其中编码器用于确定当前机器人的位置，线加速度计获取线加速度信息，进而得到线加速度和位置信息；陀螺仪测量移动机器人的角度、角速度、角加速度以得到机器人的姿态角、运动方向和转动时运动方向的改变等绝对航向信息。外部传感器有视觉传感器、超声波传感器、红外传感器、接触很接近传感器。视觉传感器采用CCD摄像机进行机

7、器人的视觉导航与定位、目标识别和地图构造等；超声波传感器测量机器人工作环境中障碍物的距离信息和地图构造等。红外线传感器大多采用红外接近开关来探测机器人工作环境中的障碍物以及避免碰撞。接触和接近觉传感器多用于避碰规划。2.2路径规划技术吸尘机器人的路径规划就是根据机器人所感知到的工作环境信息，按照某种优化指标，在起始点和目标点规划出一条与环境障碍无碰撞的路径，并且实现所需清扫区域的合理完全路径覆盖。机器人路径规划研究始于20世纪70年代，目前对这一问题研究仍旧十分活跃。其主要研究内容按机器人工作环境不同分为静态结构化环

8、境、动态已知环境动态不确定环境，按机器人获取环境信息的方式不同可以分为基于模型的路径规划和给于传感器的路径规划。对运动规划问题，目前有具体的解析算法。但由于解析算法牵涉到复杂的椭圆积分问题，实现起来依然具有相当的难度。根据机器人对环境信息知道的程度不同，可分为为两种类型：环境信息完全知道的全局路径规划和环境信息完全未知或部分未知，通过传感器在线