护士助手机器人驱动及超声测距技术研究

摘要

护士助手机器人是一种在医院环境中工作、自主导航的室内移动机器人。可以在隔离病区自主执行作业，在提高病房的自动化水平，保护医护人员，避免交叉感染等方面具有广阔的应用前景。本课题结合黑龙江省自然科学基金项目“护士助手机器人基础技术研究”，对涉及的关键技术进行研究。 论文首先介绍了护士助手机器人和室内自主移动机器人的国内外发展现状和应用情况，分析了几种常见的机器人控制体系结构，总结了一种混合式控制体系结构的特点，并详细地阐述了混合式控制体系结构的实现模型。 针对采用的三轮结构机械本体，建立了机器人运动学模型和动力学模型，论述了结构化环境中基于RFID路标的拓扑地图定位导航技术，对航位推算法原理进行了理论推导。 基于RS-485总线网络，自行模块化设计了护士助手机器人控制系统。把实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ成功移植到ARM7TDMI内核的LPC2106，并在μC/OS-Ⅱ环境下编制了底层通信驱动软件。 设计开发了基于AVR微控制器(Atmega16)的行走电机驱动系统，其中主要包括直流电机PWM功率驱动、码盘测速单元和步进电机驱动等；对机器人速度采用积分分离PID算法。控制软件使用WINAVR编写，并最终实现。机器人实际运行验证了设计效果良好。 介绍了机器人传感器技术，比较分析了几种传感器的特性和优缺点，在深入分析超声测距工作机理和工作特性的基础上，自行设计超声波传感器模块，并基于I2C总线构建了16个超声波传感器模块的网络。最后设计了电源欠压监测模块。

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学论文原创性声明

第1章绪论

第2章护士助手机器人总体概述

第3章RS-485总线通讯与μC/OS-Ⅱ

第4章行走电机驱动系统

第5章超声波传感器设计

第6章实验调试

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢