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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于ARM9嵌入式系統(tǒng)的多終端智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 移動(dòng)機(jī)器人研究是機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)重要分支。多移動(dòng)機(jī)器人協(xié)調(diào)技術(shù)又是移動(dòng)機(jī)器人研究的一個(gè)重要方向。隨著科技的發(fā)展，多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題已成為一個(gè)新興的研究熱點(diǎn)，本項(xiàng)目將針對(duì)多機(jī)器人編隊(duì)控制技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐性探索，將對(duì)目前原有的理論成果進(jìn)行驗(yàn)證，并開拓創(chuàng)新，提高技術(shù)水平。 本項(xiàng)目是以自主研發(fā)的基于ARM920T嵌入式系統(tǒng)的智能機(jī)器人為平臺(tái)，加入傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，無線傳輸系統(tǒng)，圖像采集處理系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)，利用無線傳輸技術(shù)，舵機(jī)編隊(duì)導(dǎo)航技術(shù)，視頻處理技術(shù)，多機(jī)系統(tǒng)控制等先進(jìn)技術(shù)來使智能移動(dòng)機(jī)器人達(dá)到保持隊(duì)型運(yùn)動(dòng)，隊(duì)形變換，自動(dòng)檢測(cè)，追蹤定位，躲避障礙等高端技術(shù)要求。
- 詳細(xì)介紹：
- 本項(xiàng)目的研究目標(biāo)是，利用自主開發(fā)的全體移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)控制算法來實(shí)現(xiàn)多移動(dòng)機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制，這不僅僅是移動(dòng)機(jī)器人研究領(lǐng)域的重要研究方向，也是多機(jī)控制領(lǐng)域的又一重要突破。本項(xiàng)目將對(duì)原有的理論成果進(jìn)行有效地驗(yàn)證，并且進(jìn)行開拓創(chuàng)新，提高編隊(duì)的精度。 本項(xiàng)目的研究基本平臺(tái)是自主研發(fā)的基于ARM920T嵌入式系統(tǒng)的智能機(jī)器人研究平臺(tái)，本平臺(tái)是又運(yùn)動(dòng)車體與控制電路板組成，運(yùn)動(dòng)車體為VH-32電動(dòng)車，控制電路為自主設(shè)計(jì)的基于ARM920T嵌入式系統(tǒng)的控制設(shè)備。本項(xiàng)目采用系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)，將本控制系統(tǒng)劃分為11個(gè)模塊，分別是運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊、舵機(jī)模塊、電源模塊、CPU模塊、Jtag及復(fù)位模塊、Nandflash模塊、Norflash存儲(chǔ)模塊、 SDRAM模塊、串口模塊、USB接口模塊、網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)模塊。將超聲傳感器模塊、攝像頭模塊加入平臺(tái)構(gòu)成13模塊編隊(duì)控制平臺(tái)，本項(xiàng)目通過對(duì)各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)程序與應(yīng)用程序的編寫，來實(shí)現(xiàn)對(duì)單臺(tái)移動(dòng)機(jī)器人的控制，通過編隊(duì)控制算法與視頻采集處理分析技術(shù)與無線傳輸技術(shù)來實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)器人的編隊(duì)控制，從而實(shí)現(xiàn)群體機(jī)器人系統(tǒng)的保持隊(duì)型運(yùn)動(dòng)，隊(duì)形變換，自動(dòng)檢測(cè)，追蹤定位，躲避障礙的技術(shù)指標(biāo)。 本項(xiàng)目是多領(lǐng)域的交叉項(xiàng)目，在基本研究平臺(tái)搭建中，涉及到了機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)，力學(xué)研究，動(dòng)力學(xué)研究，受力研究，電路設(shè)計(jì)研究，PCB板設(shè)計(jì)等多領(lǐng)域，在程序開發(fā)部分，涉及到了程序設(shè)計(jì)，算法開發(fā)，驅(qū)動(dòng)編寫，應(yīng)用編寫等多方面知識(shí)，在視頻處理方面同樣涉及到了許多方面的知識(shí)，包括圖像的采集技術(shù)，圖像的分析處理技術(shù)，圖像的分析技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、設(shè)計(jì)思路和技術(shù)關(guān)鍵： 本課題是在智能移動(dòng)機(jī)器人的基礎(chǔ)上開展的，在智能機(jī)器人的平臺(tái)上加入多傳感器，無線傳輸模塊，以實(shí)現(xiàn)多終端機(jī)器人系統(tǒng)編隊(duì)運(yùn)動(dòng)、自動(dòng)跟蹤、避障的技術(shù)要求。 項(xiàng)目分為三部分開發(fā)： 1.硬件平臺(tái)：在此部分以ARM920T芯片為核心，搭建其外圍電路系統(tǒng)，再連接電源模塊（包括電源輸入，變壓模塊等）、電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、舵機(jī)控制系統(tǒng)等，來實(shí)現(xiàn)對(duì)小車（終端移動(dòng)機(jī)器人）的控制。 2.軟件程序：是基于Linux的操作系統(tǒng)，通過TC進(jìn)行對(duì)ARM920T芯片內(nèi)驅(qū)動(dòng)層程序和應(yīng)用層程序的編寫，來實(shí)現(xiàn)ARM920T芯片對(duì)電源模塊，舵機(jī)控制模塊，傳感器模塊及視頻采集模塊的驅(qū)動(dòng)，和對(duì)終端的編隊(duì)控制。 3.圖像采集模塊：大體由三個(gè)部分構(gòu)成，第一部分為攝像頭的選取和Linux驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，第二部分為攝像頭采集格式為JPEG的照片，第三部分為對(duì)JPEG圖片進(jìn)行處理并提取有用信息進(jìn)而傳遞給其他模塊。 二、創(chuàng)新點(diǎn) 群體機(jī)器人系統(tǒng)、編隊(duì)算法。 三、主要技術(shù)指標(biāo)： 單體自主避障，主動(dòng)追蹤。群體編隊(duì)行走，編隊(duì)避障。 單體指標(biāo)：總長380mm；總寬190mm；軸距260mm；輪距172mm；車輪直徑66*27mm；齒輪比6：2：1；重量2500g；最快行進(jìn)速度2.5m/s編隊(duì)行進(jìn)速度0.2m/s；最大轉(zhuǎn)角65度 群體指標(biāo)：群體個(gè)數(shù)3、4、5;編隊(duì)形狀直線型，三角形，菱形，正方形;形成隊(duì)伍時(shí)間>5s;保持隊(duì)型時(shí)間<20min;編隊(duì)運(yùn)動(dòng)偏差5%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 一、群體機(jī)器人系統(tǒng)的優(yōu)越性 1.相互協(xié)調(diào)的n個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的能力可以遠(yuǎn)大于一個(gè)單機(jī)器人系統(tǒng)的n倍，通過共享資源彌補(bǔ)單機(jī)器人能力的不足，完成單機(jī)器人系統(tǒng)無法完成的復(fù)雜任務(wù)。 2.設(shè)計(jì)和制造多個(gè)簡單機(jī)器人比復(fù)雜機(jī)器人更易、成本更低。 3.使用群體機(jī)器人系統(tǒng)可以大大節(jié)約時(shí)間提高效率。 4.群體機(jī)器人系統(tǒng)的平行性和冗余性可以提高系統(tǒng)的柔性和魯棒性等等。 二、編隊(duì)控制算法的優(yōu)越性 1.充分獲取當(dāng)前環(huán)境信息。單個(gè)機(jī)器人的傳感器獲取信息的能力是有限的，如果多個(gè)機(jī)器人保持一定的隊(duì)形，而每個(gè)機(jī)器人的傳感器負(fù)責(zé)獲取自己周圍的環(huán)境信息，這樣就可以保證比較完整地獲得機(jī)器人群體當(dāng)前活動(dòng)區(qū)域的環(huán)境信息 2.可以提高工作效率，如果選擇的隊(duì)形適當(dāng)，可以加快任務(wù)的完成。例如，多個(gè)機(jī)器人推箱子，機(jī)器人與箱子之間必須保持一定的幾何關(guān)系才能夠?qū)⑾渥油葡蚱谕姆较?，類似的任?wù)還有農(nóng)作物收割、播種等。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年4月，本校大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 中試階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無。
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本項(xiàng)目是對(duì)無線群體機(jī)器人編隊(duì)控制系統(tǒng)的研究，核心板已經(jīng)拷入驅(qū)動(dòng)程序與編隊(duì)?wèi)?yīng)用程序的，只需要開啟幾臺(tái)終端機(jī)器人，小車即終端系統(tǒng)就會(huì)自主運(yùn)行，完成自動(dòng)追蹤與避障，群體編隊(duì)運(yùn)動(dòng)，來完成單體機(jī)器人所無法完成的任務(wù)。終端機(jī)器人之間采用Zigbee無線傳輸技術(shù)相聯(lián)系，運(yùn)用視頻采集識(shí)別系統(tǒng)來定位追蹤。所以本項(xiàng)目是不需要人為控制，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，完成指定任務(wù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)多體協(xié)同任務(wù)。該項(xiàng)目的適用范圍非常廣發(fā)，可以作為大型自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人，也可作為小型管道機(jī)器人，以及完成偵查檢測(cè)等任務(wù)，此類課題的發(fā)展目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)多體衛(wèi)星協(xié)同監(jiān)測(cè)，提高衛(wèi)星的監(jiān)測(cè)精度。所以發(fā)展前景非常廣闊，不僅僅可以應(yīng)用于日常生活，也可應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)輸，也可應(yīng)用于空間衛(wèi)星定位?，F(xiàn)在群體機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)成為了機(jī)器人領(lǐng)域的前沿?zé)衢T課題，本項(xiàng)目將無線傳輸技術(shù)，與群體機(jī)器人編隊(duì)相結(jié)合，發(fā)展前景極為廣闊。
同類課題研究水平概述
- 隨著社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。從自動(dòng)化生產(chǎn)線到海洋資源的探索，乃至太空作業(yè)等領(lǐng)域，機(jī)器人可謂是無處不在。 國外起步較早，經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，群體機(jī)器人系統(tǒng)的研究己在理論和實(shí)踐方面取得很大的進(jìn)展，己出現(xiàn)了多機(jī)器人仿真系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。歐盟專門設(shè)立了一個(gè)進(jìn)行多機(jī)器人系統(tǒng)研究的MARTHA課題一“用于搬運(yùn)的多自主機(jī)器人系統(tǒng)(multiple autonomous robots system for transport and handing application )”。日本對(duì)群體機(jī)器人系統(tǒng)的研究開展得比較早，著名的研究有ACTRESS系統(tǒng)和CEBOT系統(tǒng)。ACTRESS系統(tǒng)是由日本H.asmaa等人提出的通過設(shè)計(jì)底層的通訊結(jié)構(gòu)，把機(jī)器人與周邊設(shè)備和計(jì)算機(jī)等連接起來的自治多機(jī)器人智能系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是系統(tǒng)的單個(gè)動(dòng)作和合作動(dòng)作的并存。日本名古屋大學(xué)的Fukuda教授提出的CEBOT系統(tǒng)，每個(gè)機(jī)器人可以自主地運(yùn)動(dòng)，沒有全局的模型，整個(gè)系統(tǒng)沒有集中控制，可以根據(jù)任務(wù)和環(huán)境動(dòng)態(tài)重構(gòu)、可以具有學(xué)習(xí)和適應(yīng)的群體智能，具有分布式的體系結(jié)構(gòu)。美國學(xué)者KJin和GBnei等研究了SWARM系統(tǒng)。SWARM系統(tǒng)是由大量自治機(jī)器人組成的分布式系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是機(jī)器人本身被認(rèn)為無智能，它們?cè)诮M成系統(tǒng)后，將表現(xiàn)出群體的智能。 我國已開發(fā)出在車輛擁擠時(shí)自行移動(dòng)的全方位移動(dòng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人，還開發(fā)了使用帶有桶型自由輥的車輪，用3個(gè)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)可自由地前后左右移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。相對(duì)于國外，我國對(duì)于群體機(jī)器人的研究起步較晚，目前已逐漸引起人們的重視，上海交通大學(xué)，中國科學(xué)院，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所，東北大學(xué)等已先后開發(fā)出各種形式的群體機(jī)器人系統(tǒng)。
