网格式的移动机器人导航创新设计方案.doc

PAGE  PAGE 14 网格式的移动机器人导航创新设计方案 一、问题的提出和分析 1．1 问题的提出 创新实训课程是利用乐高机器人套装设计机器人完成实训任务的。最后我们选择的结课任务是《基于网格式的移动机器人导航》。 它要求我们自主导航机器人，并编写导航控制程序。 乐高机器人套装中包括RCX控制器、马达、角度传感器、光线传感器、触动传感器、温度传感器以及近800件搭建机器人所用的基础构件等。利用这些器件，可方便搭建各种机器人。Robolab软件是乐高机器人编程软件，拥有图形化的编程界面；运用该软件可方便快速的编写机器人控制软件。 自主导航机器人是指移动机器人通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标的自主运动。 导航主要解决的问题： 通过一定的检测手段获取移动机器人在空间中的位置、方向以及所处环境的信息。 用一定的算法对所获信息进行处理并建立环境模型。 寻找一条最优或近似最优的无碰路径，实现移动机器人安全移动的路径规划。 总结一下导航面对的问题有三点：定位、建图、路径规划。 传统的导航方式： A.电磁导航（路径地下埋电缆，流过不同频率的电流，作为路径信息） B.光反射导航（路径上贴光反射条） C.视觉导航（实时性是关键） D.味觉导航（搜寻空气污染源和化学药品泄露源） E.声音导航（无方向性,时间分辨率高,能在黑暗中工作等优点） 前两者多用于制造行业，目前已比较成熟。 路径规划：移动机器人按照某一性能指标有哪些信誉好的足球投注网站一条从起始状态到目标状态的最优或次最优的无碰路径。 (1) 静态路径规划：离线全局路径规划，环境信息完全已知。 (2) 动态路径规划：在线局部路径规划，环境信息部分或者完全未知。 1．2 问题的分析 1、乐高组件： 通过前三次认真仔细的创新实训，我对乐高组件已经有了更多的认识。乐高组件是一种优秀的科技教育产品，它将模型搭建和计算机编程有效的结合在一起，使学生能够设计自己的机器人，在计算机上编写程序，然后通过与计算机相连的红外发射器将程序下载到机器人的大脑——RCX微型电脑，启动RCX的开关，机器人就可以完全脱离计算机，按指令独立运动。 LOGO电动机，可以用来驱动轮胎，可以用来带动齿轮转动；LOGO光电传感器，可以用来感知前方光源的变化；LOGO触动传感器，只要接触到物体就可以通过他传输到RCX微型电脑来改变命令；LOGO齿轮，可以用来传递各种运动；LOGO积木，可以达成各种形状，实现多种功能。 2、实训目标： 【实训目标】 机器人导航运行环境是用黑色纸带拼成的网格，网格尺寸约20cm，以使各种尺寸的乐高机器人都能在一格内旋转任意角度而不出界。网格至少为5×5格大小。背景为白色，这样方便光线传感器判断网格边界。 导航功能如下：机器人开始处于某一单元格中，计为（X0，Y0），由此开始运行到（Xn，Yn）单元格处。然后返回（X0，Y0）处。在某些单元格中，放置障碍物。要求机器人能绕过障碍物，自主规划行走路线。 【初步分析】导航机器人必须具备下面一些主要的功能： （1）行走功能，导航机器人的行走系统可由LEGO低速电机经齿轮传动适当组合进行减速，驱动轮子。这过程需要两个个电动机，用来给左右的两个轮胎提供动力，使其运动。 （2）导航机器人开始处于某一单元格中，计为（X0，Y0），由此开始运行到（Xn，Yn）单元格处。在某些单元格中，放置障碍物。要求机器人能绕过障碍物，自主规划行走路线，停在（Xn，Yn）格内。 三、方案选择和模型搭建 1、导航机器人的搭建。 经过上面的分析，本次实训的任务和目标我们完全可以用[实训四]的小车加以改进得到。所以我们把光电传感器从新安放就得到了本次实训的机器人。 2、光传感器的放置。 光传感器1，用于判断是否有障碍物 我们在原小车前端的两侧空余地方装上了两个光传感器，这是准确判断是不是再走黑线用的。并完成坐标运算中的计算（容器值的计算）。 光敏传感器3，用来X轴计数 光敏传感器2，用来Y轴计数 GROUP 14 导航机器人传感器布置 3、导航机器人的最后外型 右视图 俯视图 左视图 后视图 四、程序编制和程序说明 ROBOLAB是乐高机器人专用的编程语言，它利用图形化编程环境，使的我们特别容易掌握，ROBOLAB软件编程不需要识记各种语句的格式，不需要在电脑上输入语句，只要将所需要的图标逻辑性的连接起来就可完成程序的编写。 程序的实现过程，将近用了我们实训的一半时间，因为这里面需要考虑到太多的因素，时时都有新的想法出现。我们也是在摸索中不断的完善我们的程序。 ★程序全图： 见附件1 《导航机器人程序全图》 ★程序流程图： 见附件2 《导航机器人程序流程图》