微型機器人系統(tǒng)設(shè)計和路徑規(guī)劃研究.pdf

1、本論文在分析了當前微型機器人的特點及其存在問題的基礎(chǔ)上，深入研究了微型機器人并提出了一款新的微型機器人的設(shè)計。本論文的主要目的是自主研發(fā)設(shè)計一款小型化、低重心的微型機器人，并在自主研發(fā)的微型機器人實驗平臺上進行實際迷宮環(huán)境中的路徑規(guī)劃相關(guān)研究。
　　本論文設(shè)計的微型機器人是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動行走于一體的綜合系統(tǒng)。與多學(xué)科密切聯(lián)系如:計算機科學(xué)、通信、電子、人工智能、控制理論等。因此，整個系統(tǒng)的設(shè)計需要綜合考慮系統(tǒng)中用到

2、的所有元素，只有設(shè)計規(guī)劃好系統(tǒng)中的所有元素，才能更好地完成整個系統(tǒng)的設(shè)計。整個系統(tǒng)的設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩大部分。硬件設(shè)計又包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和電路設(shè)計，軟件設(shè)計則包括各個組成模塊的軟件具體實現(xiàn)及路徑規(guī)劃的軟件實現(xiàn)。
　　本論文的主要工作內(nèi)容包括以下幾點:
　　1.完成紅外傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。微型機器人的紅外傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計是要根據(jù)實際需要合理設(shè)計紅外傳感器的擺放位置和擺放角度，使其在實際應(yīng)用過程中既能滿足應(yīng)用需求，也不會造成紅

3、外傳感器互相之間的干擾;
　　2.完成機械支架設(shè)計。機械支架的設(shè)計需要綜合考慮整個微型機器人系統(tǒng)用到的零組件，包括電機、輪胎及PCB板。輪胎的設(shè)計也很重要，為了滿足本論文小型化和低重心的設(shè)計原則，在設(shè)計過程中并未采用以前的微型機器人中已經(jīng)存在的輪胎，而是通過改造四驅(qū)車的輪胎設(shè)計了一款小型輪胎。最后結(jié)合這些零組件的尺寸，用AutoCAD軟件最終完成機械支架的設(shè)計。需要注意的是支架決定了輪胎傳動齒輪與電機齒輪之間的距離，因此，支架尺寸

4、的精確度要求很高;
　　3.完成硬件電路的設(shè)計及PCB制作。這個設(shè)計過程是通過Protel軟件完成的，首先完成各部分的電路原理圖設(shè)計，最后完成PCB繪制和PCB板制作。在制作過程中需要注意PCB的尺寸和形狀，要考慮電機的尺寸及紅外傳感器的結(jié)構(gòu)以及電機支架的螺絲固定位置;
　　4.完成用陀螺儀測量角度的應(yīng)用。由于在微型機器人運行過程中需要一直記錄其運行方向，但是微型機器人在遇到墻壁時需要轉(zhuǎn)彎，因此需要控制微型機器人的轉(zhuǎn)彎角度。

5、雖然直接用電機控制可以實現(xiàn)角度的控制和測量，但是這無疑加大了電機控制的難度，因此，在本論文中考慮用MEMS傳感器陀螺儀來實現(xiàn)角度的監(jiān)測;
　　5.基于設(shè)計完成的微型機器人實驗平臺，完成了紅外傳感器部分的軟件設(shè)計和在實際迷宮環(huán)境中的路徑規(guī)劃算法設(shè)計。在學(xué)習(xí)了前人深度優(yōu)先、廣度優(yōu)先等經(jīng)典算法的基礎(chǔ)上，本論文研究出一種帶有“終點熱區(qū)”的中心法則、向雙起點法則的搜索法則和最優(yōu)路徑法則“泛洪算法”相結(jié)合的算法。實驗結(jié)果表明該算法在搜索和最優(yōu)