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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(shè)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(xué)中的一個重要分支。多移動機器人協(xié)調(diào)技術(shù)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(shù)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(shù)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(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)，舵機編隊導(dǎo)航技術(shù)，視頻處理技術(shù)，多機系統(tǒng)控制等先進技術(shù)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(shù)要求。
- 詳細(xì)介紹：
- 本項目的研究目標(biāo)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(lǐng)域的重要研究方向，也是多機控制領(lǐng)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(shè)計的基于ARM920T嵌入式系統(tǒng)的控制設(shè)備。本項目采用系統(tǒng)模塊化設(shè)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(gòu)模塊、舵機模塊、電源模塊、CPU模塊、Jtag及復(fù)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(qū)動模塊。將超聲傳感器模塊、攝像頭模塊加入平臺構(gòu)成13模塊編隊控制平臺，本項目通過對各個模塊的驅(qū)動程序與應(yīng)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(shù)與無線傳輸技術(shù)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(shù)指標(biāo)。 本項目是多領(lǐng)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(shè)計，力學(xué)研究，動力學(xué)研究，受力研究，電路設(shè)計研究，PCB板設(shè)計等多領(lǐng)域，在程序開發(fā)部分，涉及到了程序設(shè)計，算法開發(fā)，驅(qū)動編寫，應(yīng)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(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、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、設(shè)計思路和技術(shù)關(guān)鍵： 本課題是在智能移動機器人的基礎(chǔ)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(shù)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(qū)動層程序和應(yīng)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(qū)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(gòu)成，第一部分為攝像頭的選取和Linux驅(qū)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(shù)指標(biāo)： 單體自主避障，主動追蹤。群體編隊行走，編隊避障。 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；最快行進速度2.5m/s編隊行進速度0.2m/s；最大轉(zhuǎn)角65度 群體指標(biāo)：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(xué)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(yuǎn)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(fù)雜任務(wù)。 2.設(shè)計和制造多個簡單機器人比復(fù)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(dāng)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(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器人群體當(dāng)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(dāng)，可以加快任務(wù)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(guān)系才能夠?qū)⑾渥油葡蚱谕姆较颍愃频娜蝿?wù)還有農(nóng)作物收割、播種等。
獲獎情況及鑒定結(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。
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
- 實物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)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(qū)動程序與編隊?wèi)?yīng)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(wù)。終端機器人之間采用Zigbee無線傳輸技術(shù)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(wù)，實現(xiàn)全自動多體協(xié)同任務(wù)。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(wù)，此類課題的發(fā)展目標(biāo)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(yīng)用于日常生活，也可應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)、運輸，也可應(yīng)用于空間衛(wèi)星定位。現(xiàn)在群體機器人系統(tǒng)已經(jīng)成為了機器人領(lǐng)域的前沿?zé)衢T課題，本項目將無線傳輸技術(shù)，與群體機器人編隊相結(jié)合，發(fā)展前景極為廣闊。
同類課題研究水平概述
- 隨著社會生產(chǎn)技術(shù)的飛速發(fā)展，機器人的應(yīng)用領(lǐng)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(lǐng)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(shè)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(shè)計底層的通訊結(jié)構(gòu)，把機器人與周邊設(shè)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(xué)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(wù)和環(huán)境動態(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)是由大量自治機器人組成的分布式系統(tǒng)，其主要特點是機器人本身被認(rèn)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(jié)構(gòu)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(qū)動可自由地前后左右移動或旋轉(zhuǎn)。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(xué)，中國科學(xué)院，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機器人研究所，東北大學(xué)等已先后開發(fā)出各種形式的群體機器人系統(tǒng)。
