到目前为止,地面移动机器人的行驶机构主要分为履带式、腿式和轮式三种。这三种行驶机构各有其特点[2]。
(1)履带
履带最早出现在坦克和装甲车上,后来出现在某些地面行驶的机器人上,它具有良好的稳定性能、越障性能和较长的使用寿命,适合在崎岖的地面上行驶,但是当地面环境恶劣时,履带很快会被磨损甚至磨断,沉重的履带和繁多的驱动轮使得整体机构笨重不堪,消耗的功率也相对较大。此外,履带式机构复杂,运动分析及自主控制设计十分困难。
(2)腿式
腿式机构具有出色的越野能力,曾经得到机器人专家的广泛重视,取得了较大的成果。根据腿的数量分类,有三腿、四腿、五腿和六腿等各种行驶结构。这里我们简单介绍一种典型的六腿机构。
一般六腿机构都采用变换支撑腿的方式,将整体的重心从一部分腿上转移到另一部分腿上,从而达到行走的目的。行走原理为:静止时,由六条腿支撑机器人整体。需要移动时,其中三条腿抬起成为自由腿(腿的端点构成三角形),机器人的重心便以谌条支撑腿上,然后自由腿向前移动,移动的距离和方位由计算机规划,但必须保证着地时自由腿的端点构成三角形。最后支撑腿向前移动,重心逐渐由支撑腿过渡到自由腿,这时自由腿变成支撑腿,支撑腿变成自由腿,从而完成一个行走周期。
腿式机器人特别是六腿机器人,具有较强的越野能力,但结构比较复杂,而且行走速度较慢。
(3)轮式
轮式机器人具有运动速度快的优点,只是越野性能不太强。现在的许多轮式己经不同于传统的轮式结构,随着各种各样的车轮底盘的出现,实现了轮式与腿式结构相结合,具有与腿式结构相媲美的越障能力。如今人们对机器人机构研究的重心也随之转移到轮腿结合式机构上来了。
本文设计的移动机器人不仅要求具有一般轮式机器人移动速度快、控制简单的特点,还要具有较好的越障能力,因此本文选择轮腿式相结合的轮腿机构作为行驶机构。
2.1.2 驱动形式的选择
驱动部分是机器人系统的重要组成部分,机器人常用的驱动形式主要有液压驱动、气压驱动、电气驱动三种基本类型[3]。
(1)液压驱动
液压驱动是以高压油作为介质,体积较气压驱动小,率质量比大,驱动平稳,且系统的固有效率高,快速性好,同时液压驱动调速比较简单,能在很大范围实现无级调速。但由于压力高,总是存在漏油的危险,这不仅影响工作稳定性和定位精度,而且污染环境,所以需要良好的维护,以保证其可靠性。液压驱动比电动机的优越性就是它本身安全性,由于电动机存在着电弧和引爆的可能性,要求在易爆区域中所带电压不超过9V,但液压系统不存在电弧问题。
(2)气压驱动
在所有的驱动方式中,气压驱动是最简单的。使用压力通常在0.4~0.6Mpa,最高可达1Mpa。用气压伺服实现高精度是困的,但在满足精度的场合下,气压驱动在所有的机器人驱动形式中是质量最轻、成本最低的。气压驱动主要优点是气源方便,驱动系统具有缓冲作用,结构简单,成本低,可以在高温、粉尘等恶劣的环境中工作。其缺点是:功率质量比小,装置体积大,同时由于空气的可压缩性使得机器人任意定位时,位姿精度不高。
(3)电气驱动
电气驱动是利用各种电机产生的力或转矩,直接或经过减速机构去驱动负载,减少了由电能变为压力能的中间环节,直接获得要求的机器人运动。电气驱动是目前机器人是用得最多的一种驱动方式。其特点是易于控制,运动精度高,响应快,使用方便,驱动力较大,信号监测、传递、处理方便,成本低廉,驱动效率高,不污染环境,可以采用多种灵活的控制方案。
工程师给你思路:(本设计方案跟单片机关联不算很大,不要过于担心) 1,你的小车不适合采用双驱方式。也就是说,如果你想控制你的两个后轮,那你的前轮不适合再用步进电机控制方向。可以用滑轮自由行驶作为从动。同时实现对前后两个驱动进行控制,这样的算法过于复杂。你可以通过控制后轮两个电机不同的转速来控制方向。 2,若要采用上位机通信,因为小车是一个运动物体,所以不适宜采用有线传输,建议用2401等无线方式进行数据外传、 3,关于躲避障碍,一般方法是采用超声波或者红外的方式,你这边发射超声波或者红外线,如果有障碍的话,超声波或者红外线会被反射回来,这样可以实现对障碍的检测 4,关于测速,采用红外对管即可。你的红外发射端跟你的红外接收断安装在轮子的两侧,然后在轮子上面打一个孔。当这个孔经过红外管的时候,你的接收端就会有一个脉冲信号,通过对脉冲进行技术并记录时间,就可以判断你的速度了。 最后,也鄙视一下动不动就说帮人代做的鸟。真正有本事,去接技术含量高一点的活嘛。也给楼主说一句,要具体的报告,哥不会给你做,但是如果是技术探讨,可以跟你交流。我回答过这么多问题,一般只要是技术交流的,我很少有拒绝过。 你这个毕业设计的核心不是要你去学习单片机,要学单片机的话你早干嘛去啦?而是要你对这个小小的项目有一个整体的方案和思路。你要知道什么功能用什么方法去实现。 好吧,哥说的有点多了,得罪之处请谅解。
后轮驱动。智能轮式移动机器人嵌入式控制系统设计,该系统设计的轮式移动机器人机械导航结构采用四轮差速转向式的机械机构,前面两个轮是随动轮,起支撑作用,后面两个轮是驱动轮,由两台同步电机驱动,移动机器人以PC机作为上位机,利用摄像头对机器人的自身位置和外部环境进行分析,建立环境地图,进行路径规划。
一、SLAM建图机器人
在驱动机器人动起来后轮式机器人控制,我们可以开始考虑让机器人在实际环境中自主导航轮式机器人控制了。自主导航需要SLAM技术轮式机器人控制,要利用机器人轮式机器人控制的传感器数据构建地图轮式机器人控制,主要包含以下内容:ROS中的地图、创建地图、利用rosbag记录数据和启动地图服务器以及查看地图。
1、ROS中的地图
map_server包中地图存储在一对文件中,一个YAML文件,一个image文件。YAML文件描述了地图元数据,并命名了图像文件, 图像文件对占用数据进行编码。
1.1 图像文件
图像文件以对应像素的颜色描述环境中每个单元格的占用状态。 在标准配置中,更白的像素是空闲的,被占用的空间具有更黑的像素,中间颜色的像素表示未知。 接受彩色图像,但颜色值会被平均为灰度值。一般而言,大多数流行的图像格式得到广泛支持。
1.2YAML文件
(待研究)
二、机器人必备硬件
1.差分轮式机器人(即通过控制机器人左右两轮的行进速度,实现机器人的各种运动,并且一般会有一到两个复制支撑的万向轮),可以使用Twist速度指令控制。
linear:线速度
angular:角速度
2.机器人必须安装深度传感器(激光雷达或Kinect)
深度信息:图像深度是指存储每个像素所用的位数,也用于量度图像的色彩分辨率。图像深度确定彩色图像的每个像素可能有的颜色数,或者确定灰度图像的每个像素可能有的灰度级数。它决定了彩色图像中可出现的最多颜色数,或灰度图像中的最大灰度等级。
(待研究)
3.机器人外形最好是方形或圆形
三、gmpping的应用
1.安装gmapping功能包
$sudo apt-get install ros-kinetic-gmapping
2.配置gmapping节点
(报错,待研究)
3.启动gmapping演示,配置激光雷达,开始仿真
(报错,待研究)