导航机器人演示学习实验平台的设计.pdf

《导航机器人演示学习实验平台的设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第４期（总第２０３期）机械工程与自动化Ｎｏ．４２０１７年８月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＡｕｇ．文章编号：１６７２６４１３（２０１７）０４００７００３导航机器人演示学习实验平台的设计李燕飞，张文志，陈永麟，郭晓东（内蒙古工业大学机械学院，内蒙古呼和浩特０１００５１）摘要：针对演示学习控制上的特点，设计了移动机器人演示学习的实验平台。硬件部分主要由ＰＣ电脑、微控制器及视觉传感模块等组成；软件部分由ＶＣ２００８、ＤＣＴＭＣＬｉｂ运动控制器库以及ＯｐｅｎＣＶ图像库联合编程来实现。最终测试表

2、明：实验平台很好地完成了演示学习移动机器的自导航。关键词：导航机器人；视觉传感；演示学习平台中图分类号：ＴＰ２４２．６文献标识码：Ａ０引言运动控制指令；人手遥控器采用机器人探索者手柄，主集成有大量传感设备的移动机器人实验平台在研要用于给机器人进行动作任务的演示操纵。究、教育以及军事等应用领域越来越受到人们的广泛１．２传输层关注。本文针对演示学习控制上的特点，设计了相应传输层主要是无线网卡，它建立上、下位机的的移动机器人演示学习实验平台，并提供了相关的硬ＷＩＦＩ网络通信，形成了“ＰＣ＋ＰＣ”的客户机／服务器件和软件信息。形式，

3、保证了通信渠道的便利性。１导航机器人演示学习实验平台硬件设计１．３执行层为了合理地设计两轮移动机器人演示学习实验平１．３．１电源模块单元台的硬件架构，需要从其实现的功能和控制模式上进由于移动机器人的机动性，其能量供给只能采用行综合考虑，利用控制技术、信息融合技术、通信技术电池，为了减少机器人的重量，增加续航时间，本移动机等完成移动机器人演示学习实验平台的设计。器人实验平台选用玮孚公司生产的大电流动力锂电池。图１为移动机器人实验平台硬件结构总体框架。１．３．２微控制器模块单元实验平台按控制的层次可划分为决策层、传输层和执由于移

4、动机器人所使用的锂电池价格比较高，若行层。决策层中包括台式电脑和人手遥控器。执行层使用不当易造成锂电池失效，会造成较大的经济损失。中包括单片机、便携式笔记本电脑和２轴联动控制驱因此为了使这一损失减到最小，拟采用单片机微控制动器。传输层中，建立了上位机和下位机的无线通信器对锂电池进行智能保护，移动机器人内置的微控制网络接口，有效完成移动机器人图像、距离以及运动控器选用ｍｅｇａＡＶＲ系列的ＡＴｍｅｇａ８１６ＰＵ。制指令数据的发送和接收。１．３．３运动控制模块单元由于移动机器人实验平台要实现无缆运行，同时要保证运动的精度和运动

5、力矩足够大，故两驱动轮的电机采用中科欧鹏公司生产的空心杯直流有刷伺服电机。伺服电机的运动控制选用城动科技香港有限公司研制的运动控制驱动器，其具有将运动控制器和驱动器结合为一体的小型化独特结构，集成度高。为了便于平台的扩展，最终选择４轴运动控制驱动器作为本实验平台运动控制模块的主要部件，其接口连接图如图１移动机器人实验平台硬件结构总体框架图２所示。１．１决决策策层层中的台式电脑选用ｗｉｎ７系统的ａｃｅｒ，它可１．３．４超声测距传感模块单元目前，超声测距传感器最常用的检测原理为渡越以充当上位客户端，主要负责环境信息的处理和下达收

6、稿日期：２０１６１０２８；修订日期：２０１７０５２８作者简介：李燕飞（１９９３），男，内蒙古乌兰察布人，在读硕士研究生，研究方向：机械电子工程。２０１７年第４期李燕飞，等：导航机器人演示学习实验平台的设计·７１·时间检测法（ＴＯＦ，ｔｉｍｅｏｆｆｌｉｇｈｔ），即检测从由发射传时曲线如图４和图５所示。感器发射超声波到经空气介质传播后由接收传感器接收超声波的时间差。本实验平台采用以渡越时间检测法为工作原理的超声波测距传感器ＵＢ２０００３０ＧＭＩＵＶ１，其电气连接如图３所示。图２运动控制驱动器接口连接图图４超声测距

7、程序流程图３超声波传感器电气连接１．３．５视觉传感模块单元为了便于在未知环境中进行实时监控，满足获取信息量较大的要求，故有必要进行图像的实时采集。而图像的质量很大程度上由摄像头和照明条件决定，图５超声测距电压实时曲线本实验平台选用微软公司开发的ＨＤ６０００摄像头，其２．２网络通信的实现具有自动对焦功能，能够以每秒３０帧的速率进行图像考虑到本实验平台下位ＰＣ机与上位ＰＣ机通信的刷新，同时采用了先进的真彩技术，几乎在所有的照距离近而不需要考虑传输效率的特点，采用ＴＣＰ网络明条件下都能自动呈现出明亮、鲜艳的图像。通信模式，使用基

8、于微软的Ｗｉｎｓｏｃｋ架构的ＣＳｏｃｋｅｔ１．３．６ＧＰＳ传感模块单元套接字类实现。网络通信工作流程如图６所示。移动机器人在自导航过程中需要利用导向角来调整自身的行为策略，导向角可以借助移动机器人自身的位置和方向、目标点坐标计算出来，因此在本实验平台上配备了ＧＰＳ传感器。为了方便连接与控制