基于SLAM算法的清洁设备研究.pdf
《基于SLAM算法的清洁设备研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于SLAM算法的清洁设备研究.pdf(3页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第期(总第 期)年 月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o D e c 文章编号:()基于S L AM算法的清洁设备研究王琦,崔志鹏,曾祥明,李佳睿,薛培延,乔俊福(太原工业学院 自动化系,山西太原 )摘要:为了提高机器人的自主导航与自动避障性能,研究并设计了基于S L AM算法的清洁机器人.本设备由清洁机构、爬楼机构及控制系统组成,其工作流程为:首先由激光雷达、编码器及各种传感器实时采集数据并传给数据融合中心处理,以得到机器人当前实际位姿;其次运用Gm a p p i n g算法实现机器人的
2、自主定位与建图;利用P I D算法根据实际状态与期望状态的偏差进行PWM电机调速控制;最后利用A算法进行全局路径规划,并利用DWA算法实现局部避障功能.制作样机并进行测试,结果表明,机器人可对各种场所进行清洁.关键词:S L AM算法;激光雷达;避障机构;清洁机器人中图分类号:T P 文献标识码:A国家级大学生创新创业计划训练项目()收稿日期:;修订日期:作者简介:王琦(),女,山西大同人,本科在读,专业为电气工程及其自动化.引言随着社会的发展以及人们生活节奏的加快,越来越多的人想要把自己从繁琐的家务中解脱出来,市场对于扫地机器人的需求也越来越大.而当下市面上的扫地机器人大多为随机式、L D
3、S激光式和视觉导航式,这些扫地机器人路径规划方式不仅低效,还有着扫描不全面、抗干扰能力弱、功能较为单一等缺陷,无法满足一些特殊的需求,为此研发了一种扫描更全面、路径规划更精准、功能更加齐全的清洁机器人.设备介绍我们设计的基于S L AM算法的多功能清洁机器人由底盘、爬楼机构、清洁机构、激光雷达及控制系统等组成.通过激光雷达及时检测机器人周围环境,从而实现清洁机器人的防跌落以及障碍物的检测;由吸尘装置结合毛刷反复清洁以增强清洁能力,可以带走墙体死角等处难以清除的灰尘细毛;通过合理地设计机器人的机械结构,使机器人更加多功能化,可以清洁大教室、会议室等难以清洁的地方.结构设计 爬楼机构爬楼机构如图所
4、示,主要由机械臂、舵机、滑轨、齿条等组成.()当机器人检测到前方有楼梯时,上端机械臂通过舵机控制逆时针旋转,同时下端机械臂通过舵机控制顺时针旋转将机器人支撑起来.()将机器人支撑起来后,通过齿轮齿条传动机构将机器人前半部分伸出;通过齿轮反向旋转,使机器人后半部分向前运动.()后半部分向前运动之后,机器人重心前倾,通过后轮摩擦力的作用使机器人成功攀爬上台阶,完成爬楼.清洁机器人爬楼过程如图所示.图爬楼机构 清洁机构清洁机构(如图所示)的扫帚叶片由电机驱动,两个电机相对转动将灰尘等垃圾扫至中间灰尘吸入口处,通过抽风机将垃圾吸入到尘盒中,完成对地面的清洁.控制部分及工作原理清洁机器人控制部分的底层架
5、构由单片机控制中心、电机调速系统、P I D算法控制器等构成,下面依次介绍各个部分原理及其作用.单片机控制中心清洁机器人由旭日X 派作为开发板,它兼容了以前的树莓派接口,具有更强的算力与处理能力且支持U b u n t u 系统.电机PWM调速电机调 速 使 用 直 流 电 机 脉 冲 宽 度 调 制(P u l s eW i d t hM o d u l a t i o n),简称PWM.在驱动控制的调整系统中,可以根据需要的速度改变一个周期内电平接通和断开的时间长短,即通过改变占空比来改变平均电压的大小,从而控制电机的转速.图清洁机器人爬楼过程图清洁机构 机器人的移动控制使用开环控制的电机
6、当发出速度等于的指令后,由于惯性存在,电机会继续转动一段时间,所以我们利 用P I D算 法 实 现 快、准、稳 的 速 度 控 制.P I D(P r o p o r t i o nI n t e g r a t i o nD i f f e r e n t i a t i o n)其实就是指比例、积分、微分控制,可以利用如下公式根据误差值e(t)控制变量和获取反馈去不断修正控制函数U(t):U(t)kP(e(t)TIe(t)dtTDde(t)dt)其中:kP、TI、TD分别为比例增益、积分增益及微分增益.S L AM建图及路径规划算法由于摄像头在室外工作时受环境、光照影响较大,而激光雷达受
7、光照影响较小,即使在黑暗条件下也能很好地工作,所以我们选择用激光雷达感知环境.激光雷达通过向目标环境发射激光数据,并对接收反射回来的数据进行分析,进而完成环境地图和位置的计算.使用卡尔曼滤波(K F)和人工神经网络算法对多种传感器的数据进行信息融合,进而将处理后的数据运用Gm a p p i n g算法和AMC L定位系统进行S L AM建图,最后使用M o v e_b a s e功能包实时规划出最优的全局与局部路径,使设备实现自主导航与自动避障.AMC L定位系统AMC L即自适应蒙特卡洛定位,其核心是一种利用粒子表示置信度的自适应蒙特卡罗算法,主要原理是:根据环境地图,采样粒子估计机器人位
8、姿的概率分布,其可靠程度由粒子权重决定.这种方法会在机器人可能的定位位置周围假设多个前进方向,然后在机器人行进过程中,依据激光雷达和编码器等信息对这些假设的前进方向进行筛选,逐步剔除明显不可信的假设前进方向,留下可信度较高的前进方向.在机器人运动过程中,那些假设前进方向会逐渐收敛,最终汇聚成一个机器人最可信的定位位置.S L AM建图为了在S L AM建图过程中能够生成最佳效果的二维地图,我们参考了文献,在原有AMC L算法的基础上,添加了动态参数,使其粒子群收敛速度根据机器人速度的改变而改变,使清洁机器人的实时定位更加精确.我们用G a z e b o软件仿真场景,得到的G a z e b
9、o仿真场景如图所示.图中,有两个虚拟墙壁(正方形)、两个障碍物(小圆)和激光雷达(大圆).激光雷达扫描环境,并在R v i z中显示计算后的S L AM建图结果,如图所示.图G a z e b o仿真场景图R v i z中显示的S L AM建图结果由此可见,使用各种传感器和激光雷达能够成功检测到障碍物和周围环境,并准确建出此场景的地图.路径规划所谓路径规划,是指达到机器人行走路线最短、行走时间最短等目标并避开障碍物(DWA算法)到目标点的最优路径.关于全局最优路径规划问题,我们使用了A(A S t a r)算法.A是一种静态路网中求解最短路径最有效的直接搜索方法,也是解决许多搜索问题的有效算法
10、.它结合了B F S和d i j k s t r a算法的优点,在进行启发式搜索提高算法效率的同时,可以基于评估(下转第 页)机 械 工 程 与 自 动 化 年第期入自动方式,便可使用数控仿真系统完成对多阶梯轴数控车削仿真加工,加工效果如图、图所示.图多阶梯轴右端仿真加工图多阶梯轴左端仿真加工结语本文对多阶梯轴进行数控车削工艺设计及仿真加工,通过数控仿真系统完成了毛坯尺寸的选择与安装,刀具参数的选择与安装,工件的定位与装夹方案的实施,刀具路径的设计与仿真加工,有效地检验了零件车削工艺的可行性,校验了零件数控车削程序的正确性,杜绝了试切原材料的浪费,节省了大量的机床占机调整时间,为从事数控车床编
11、程与加工工作的专业技术人员提供了较为实用的参考.参考文献:崔兆华数控车床编程与操作从入门到精通M北京:化学工业出版社,周敏数控车床编程与操作经典实例精解M北京:机械工业出版社,张太福数控车工巧用刀偏进行切槽加工J,内燃机与配件,():杨茂芽,刘向红基于UG和V E R I C UT的复杂曲面零件数控加工仿真与优化J模具技术,():M u l t i S t e pA x i sN CT u r n i n gP r o c e s sD e s i g na n dS i m u l a t i o nP r o c e s s i n gJ I NJ i a n g(C h o n g q
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 SLAM 算法 清洁 设备 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。