超声测距系统设计及其在机器人模糊避障中的应用

摘要

自主式移动机器人是目前机器人领域的研究重点之一，因它有着广阔的科研空间和应用潜力。而要获得完全自主意义的移动机器人，即在完全未知的环境下完成各种智能任务，成功的避障是最基本的要求。本文主要介绍超声测距系统及其在机器人模糊避障中的应用。 第一章首先讨论了机器人技术的研究发展，及应用情况。介绍了机器人研究自始至今的三个发展阶段。陈述了国外研究成果和动向，并介绍了我国机器人研究进展情况和战略规划。而且对超声测距在机器人导航、路径规划、避障等方面的应用发展概况进行了一般性的介绍和总结，最后提出了本研究工作意义，并阐述了本文的主要内容。 第二章介绍了机器人的整个硬件系统。以ATmega128为控制核心，包括直流电机，速度传感器，电源模块等的设计。这部分只作为超声测距及用于机器人模糊避障的硬件平台。因此，本论文对此并未作较深研究和设计。 第三章详细介绍了超声测距系统。超声测距的原理以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用反射超声波测量待测距离。本部分阐述了超声测距技术及其应用，介绍了具体的软硬件设计。为了提高超声测距的精度，采取了温度补偿等措施。 第四章论述了机器人基于超声测距的模糊避障算法。首先简述了模糊控制理论，在此理论基础上，建立了机器人避障的模糊规则，利用超声测距的结果，使得机器人完成避障动作。 最后，对全文工作进行了总结，指出了今后进一步的研究方向。

目录

文摘

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1前言

1.1机器人的发展概述

1.2移动机器人的发展概述

1.2.1国外移动机器人的发展概述

1.2.2国内移动机器人的发展概述

1.2.3移动机器人发展状况的分析

1.3超声技术在机器人领域中的应用

1.3.1超声传感器在移动机器人导航技术上的应用

1.3.2基于超声的移动机器人定位技术

1.3.3基于超声的移动机器人路径规划和避障技术

1.4课题研究的意义

1.5本论文的研究内容和安排

2机器人硬件系统设计

2.1机器人的车体结构

2.1.1方案选择

2.1.2各部分构成

2.2机器人硬件框图

2.2.1系统框图

2.2.2控制器ATmega128介绍

2.3硬件系统各模块设计

2.3.1电源模块

2.3.2电机驱动控制模块

2.3.3转速传感器

2.3.4超声测距模块和与主机的接口

3高精度超声测距避障模块的软硬件设计

3.1超声测距技术简介

3.1.1超声及其应用

3.1.2超声传感器

3.1.3超声测距原理

3.1.4提高超声测距精度的方法

3.1.5超声测距在机器人避障中的应用

3.2超声测距系统硬件设计

3.2.1系统硬件电路说明

3.2.2系统主要器件选择及简介

3.2.3系统硬件电路具体设计

3.2.4硬件的可靠性设计

3.3超声测距系统软件设计

3.3.1系统软件设计

3.3.2软件的可靠性设计

4基于超声测距的机器人模糊避障

4.1模糊理论简介

4.2模糊控制理论

4.2.1模糊集合及其运算

4.2.2模糊关系和模糊矩阵

4.2.3模糊算子

4.2.4模糊推理

4.3基于超声测距的机器人模糊避障

4.3.1方向、距离隶属函数

4.3.2障碍物距离隶属函数

4.3.3障碍物距离与方向的模糊关系

4.3.4模糊控制规则及实验结果

5总结与展望

参考文献

致谢