基本信息
- 項目名稱：
- 基于ARM9嵌入式系統(tǒng)的多終端智能移動機器人系統(tǒng)的設計
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 移動機器人研究是機器人學中的一個重要分支。多移動機器人協(xié)調(diào)技術又是移動機器人研究的一個重要方向。隨著科技的發(fā)展，多移動機器人系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題已成為一個新興的研究熱點，本項目將針對多機器人編隊控制技術進行實踐性探索，將對目前原有的理論成果進行驗證，并開拓創(chuàng)新，提高技術水平。 本項目是以自主研發(fā)的基于ARM920T嵌入式系統(tǒng)的智能機器人為平臺，加入傳感網(wǎng)絡系統(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，舵機編隊導航技術，視頻處理技術，多機系統(tǒng)控制等先進技術來使智能移動機器人達到保持隊型運動，隊形變換，自動檢測，追蹤定位，躲避障礙等高端技術要求。
- 詳細介紹：
- 本項目的研究目標是，利用自主開發(fā)的全體移動機器人編隊控制算法來實現(xiàn)多移動機器人的協(xié)調(diào)控制，這不僅僅是移動機器人研究領域的重要研究方向，也是多機控制領域的又一重要突破。本項目將對原有的理論成果進行有效地驗證，并且進行開拓創(chuàng)新，提高編隊的精度。 本項目的研究基本平臺是自主研發(fā)的基于ARM920T嵌入式系統(tǒng)的智能機器人研究平臺，本平臺是又運動車體與控制電路板組成，運動車體為VH-32電動車，控制電路為自主設計的基于ARM920T嵌入式系統(tǒng)的控制設備。本項目采用系統(tǒng)模塊化設計，將本控制系統(tǒng)劃分為11個模塊，分別是運動執(zhí)行機構模塊、舵機模塊、電源模塊、CPU模塊、Jtag及復位模塊、Nandflash模塊、Norflash存儲模塊、 SDRAM模塊、串口模塊、USB接口模塊、網(wǎng)卡驅動模塊。將超聲傳感器模塊、攝像頭模塊加入平臺構成13模塊編隊控制平臺，本項目通過對各個模塊的驅動程序與應用程序的編寫，來實現(xiàn)對單臺移動機器人的控制，通過編隊控制算法與視頻采集處理分析技術與無線傳輸技術來實現(xiàn)多臺機器人的編隊控制，從而實現(xiàn)群體機器人系統(tǒng)的保持隊型運動，隊形變換，自動檢測，追蹤定位，躲避障礙的技術指標。 本項目是多領域的交叉項目，在基本研究平臺搭建中，涉及到了機器人的機械設計，力學研究，動力學研究，受力研究，電路設計研究，PCB板設計等多領域，在程序開發(fā)部分，涉及到了程序設計，算法開發(fā)，驅動編寫，應用編寫等多方面知識，在視頻處理方面同樣涉及到了許多方面的知識，包括圖像的采集技術，圖像的分析處理技術，圖像的分析技術等關鍵技術。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 一、設計思路和技術關鍵： 本課題是在智能移動機器人的基礎上開展的，在智能機器人的平臺上加入多傳感器，無線傳輸模塊，以實現(xiàn)多終端機器人系統(tǒng)編隊運動、自動跟蹤、避障的技術要求。 項目分為三部分開發(fā)： 1.硬件平臺：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）、電機動力系統(tǒng)、舵機控制系統(tǒng)等，來實現(xiàn)對小車（終端移動機器人）的控制。 2.軟件程序：是基于Linux的操作系統(tǒng)，通過TC進行對ARM920T芯片內(nèi)驅動層程序和應用層程序的編寫，來實現(xiàn)ARM920T芯片對電源模塊，舵機控制模塊，傳感器模塊及視頻采集模塊的驅動，和對終端的編隊控制。 3.圖像采集模塊：大體由三個部分構成，第一部分為攝像頭的選取和Linux驅動的實現(xiàn)，第二部分為攝像頭采集格式為JPEG的照片，第三部分為對JPEG圖片進行處理并提取有用信息進而傳遞給其他模塊。 二、創(chuàng)新點 群體機器人系統(tǒng)、編隊算法。 三、主要技術指標： 單體自主避障，主動追蹤。群體編隊行走，編隊避障。 單體指標：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；最快行進速度2.5m/s編隊行進速度0.2m/s；最大轉角65度 群體指標：群體個數(shù)3、4、5;編隊形狀直線型，三角形，菱形，正方形;形成隊伍時間>5s;保持隊型時間<20min;編隊運動偏差5%。
科學性、先進性
- 一、群體機器人系統(tǒng)的優(yōu)越性 1.相互協(xié)調(diào)的n個機器人系統(tǒng)的能力可以遠大于一個單機器人系統(tǒng)的n倍，通過共享資源彌補單機器人能力的不足，完成單機器人系統(tǒng)無法完成的復雜任務。 2.設計和制造多個簡單機器人比復雜機器人更易、成本更低。 3.使用群體機器人系統(tǒng)可以大大節(jié)約時間提高效率。 4.群體機器人系統(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、編隊控制算法的優(yōu)越性 1.充分獲取當前環(huán)境信息。單個機器人的傳感器獲取信息的能力是有限的，如果多個機器人保持一定的隊形，而每個機器人的傳感器負責獲取自己周圍的環(huán)境信息，這樣就可以保證比較完整地獲得機器人群體當前活動區(qū)域的環(huán)境信息 2.可以提高工作效率，如果選擇的隊形適當，可以加快任務的完成。例如，多個機器人推箱子，機器人與箱子之間必須保持一定的幾何關系才能夠將箱子推向期望的方向，類似的任務還有農(nóng)作物收割、播種等。
獲獎情況及鑒定結果
- 2009年4月，本校大學生課外學術科技作品競賽一等獎。
作品所處階段
- 中試階段。
技術轉讓方式
- 無。
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示。
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本項目是對無線群體機器人編隊控制系統(tǒng)的研究，核心板已經(jīng)拷入驅動程序與編隊應用程序的，只需要開啟幾臺終端機器人，小車即終端系統(tǒng)就會自主運行，完成自動追蹤與避障，群體編隊運動，來完成單體機器人所無法完成的任務。終端機器人之間采用Zigbee無線傳輸技術相聯(lián)系，運用視頻采集識別系統(tǒng)來定位追蹤。所以本項目是不需要人為控制，系統(tǒng)會自動運行，完成指定任務，實現(xiàn)全自動多體協(xié)同任務。該項目的適用范圍非常廣發(fā)，可以作為大型自動搬運機器人，也可作為小型管道機器人，以及完成偵查檢測等任務，此類課題的發(fā)展目標是實現(xiàn)多體衛(wèi)星協(xié)同監(jiān)測，提高衛(wèi)星的監(jiān)測精度。所以發(fā)展前景非常廣闊，不僅僅可以應用于日常生活，也可應用與工業(yè)生產(chǎn)、運輸，也可應用于空間衛(wèi)星定位?，F(xiàn)在群體機器人系統(tǒng)已經(jīng)成為了機器人領域的前沿熱門課題，本項目將無線傳輸技術，與群體機器人編隊相結合，發(fā)展前景極為廣闊。
同類課題研究水平概述
- 隨著社會生產(chǎn)技術的飛速發(fā)展，機器人的應用領域不斷擴展。從自動化生產(chǎn)線到海洋資源的探索，乃至太空作業(yè)等領域，機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，群體機器人系統(tǒng)的研究己在理論和實踐方面取得很大的進展，己出現(xiàn)了多機器人仿真系統(tǒng)和實驗系統(tǒng)。歐盟專門設立了一個進行多機器人系統(tǒng)研究的MARTHA課題一“用于搬運的多自主機器人系統(tǒng)(multiple autonomous robots system for transport and handing application )”。日本對群體機器人系統(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等人提出的通過設計底層的通訊結構，把機器人與周邊設備和計算機等連接起來的自治多機器人智能系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的主要特點是系統(tǒng)的單個動作和合作動作的并存。日本名古屋大學的Fukuda教授提出的CEBOT系統(tǒng)，每個機器人可以自主地運動，沒有全局的模型，整個系統(tǒng)沒有集中控制，可以根據(jù)任務和環(huán)境動態(tài)重構、可以具有學習和適應的群體智能，具有分布式的體系結構。美國學者KJin和GBnei等研究了SWARM系統(tǒng)。SWARM系統(tǒng)是由大量自治機器人組成的分布式系統(tǒng)，其主要特點是機器人本身被認為無智能，它們在組成系統(tǒng)后，將表現(xiàn)出群體的智能。 我國已開發(fā)出在車輛擁擠時自行移動的全方位移動結構機器人，還開發(fā)了使用帶有桶型自由輥的車輪，用3個傳動裝置驅動可自由地前后左右移動或旋轉。相對于國外，我國對于群體機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，中國科學院，哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所，東北大學等已先后開發(fā)出各種形式的群體機器人系統(tǒng)。
