一种家庭服务机器人控制系统设计

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一种家庭服务机器人控制系统设计

【摘要】： 人口老龄化催生出的更多日间照料工作与人口红利的减少导致的劳动力紧缺,为家庭服务机器人的发展与推广提供了可能性,加之当前经济发展水平与人们对更高生活品质的诉求之间的矛盾,更加说明了功能多样控制方便的家庭服务机器人的推广意义。面向家庭环境的服务机器人系统集成功能发展至今,已从帮助减轻家务负担、解放人手,升级为优化居住环境、提高生活品质和向不同年龄段的家庭成员提供情感交流、智能陪护等。依据助老助残的功能需求和室内家庭环境的应用背景,本文提出了一种家庭服务机器人的控制系统设计方案。并针对机器人本体机构设计、运动底盘与机械臂运动学建模、导航定位与路径规划、机器人控制系统软硬件设计与服务功能实现等方面做了详细介绍,主要内容包括:1、总体设计。分析了国内外典型家庭服务机器人的技术发展现状和设计特点,给出了家庭服务机器人整体系统与功能实现的设计方案,针对机器人机械结构特点,重点介绍了轮式驱动移动平台、仿人躯干关节和机械臂的设计思路;详细论述了机器人控制系统的总体设计方案和硬件选型。2、建模分析。对家庭服务机器人进行了建模分析,对机器人轮式移动平台进行了运动学建模,分析了里程计直线和圆弧两种运动模型;利用D-H方法对仿生躯干和机械臂进行了运动学建模分析,明确了个关节与连杆的约束关系。3、导航与定位。针对机器人导航定位和路径规划问题,设计采用了激光雷达进行点特征与线段特征提取描述室内环境,最小二乘法精确拟合的自定位方案;设计采用势场蚁群算法的全局路径规划方法,利用构建栅格地图的方式在Matlab软件环境下对最优路径参数选择和势场蚁群算法效果进行了全面仿真,验证了全局路径规划方案的合理性。4、控制系统实现。详细介绍了家庭服务机器人控制系统的设计与实现,采用了“PC上位机+Trio运动器”的控制系统结构,并开发了一套简洁友好的人机交互系统,实时采集环境信息,控制机器人完成机械臂操作任务。

【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019

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