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一種自主編隊移動群體機器人的制作方法

文檔序號:9809851閱讀:571來源:國知局
一種自主編隊移動群體機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種自主編隊移動群體機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]通過認(rèn)識自然界社會性生物的群體自組織行為,人們展開了群體機器人的研究和應(yīng)用。群體機器人通過彼此協(xié)同在非結(jié)構(gòu)化復(fù)雜多變的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)時擁有強大的功能擴展性、靈活性、適應(yīng)性和魯棒性,能夠完成單個或者多個單個機器人組合在一起無法完成的任務(wù),對群體機器人研究和應(yīng)用的突破能夠帶來機器人領(lǐng)域革命性的飛躍。
[0003]目前對移動群體機器人的研究國內(nèi)外都處于初級階段。
[0004]國內(nèi)主要集中于對移動群體機器人的控制系統(tǒng)、控制算法等的理論研究,很少有制作好的移動群體機器人實體公開。如:中國專利申請?zhí)?01210446510.2介紹的一種“分布式機器人群體協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)”,中國專利申請?zhí)?01410476318.7介紹的“群體機器人的控制系統(tǒng)” O
[0005]國外這方面的研究起步較早,技術(shù)更成熟,現(xiàn)在已有成品的移動群體機器人存在。但它們大都存在著要么單個機器人成本低但過于簡單,系統(tǒng)功能過于單一,要么單個機器人較復(fù)雜而導(dǎo)致群體機器人成本高且非開源,不利于產(chǎn)品的研發(fā)和技術(shù)交流,沒有基于高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用STM32而開發(fā)的群體機器人,而能夠自主編隊的基于STM32的移動群體機器人更是少之又少。例如,哈佛大學(xué)生物工程研究所發(fā)明的Kilobot機器人的大小跟硬幣差不多,每個機器人都裝有一個小型微處理器、一個紅外傳感器以及一個通過震動來完成移動的馬達(dá),該機器人通過SDASH算法集群數(shù)量能夠達(dá)到1024個,真正完成了群體機器人自主編隊的功能。但是,由于設(shè)計人員為了盡可能地降低制造的成本,單個Kilobot機器人的功能過于簡單,主要存在如下缺點:采用的震動電機“滑動粘附”的移動方式一方面只能讓Kilobot機器人在光滑的反光的平面上運動,另一方面導(dǎo)致了機器人運動速度的無法測量,因而單個機器人不能長時間遠(yuǎn)距離運動;Kilobot機器人通過接收從桌面上反射紅外線的方式實現(xiàn)通信,通信距離不能超過1cm;另外,Kilobot機器人只有一個紅外傳感器,系統(tǒng)功能單一,只能依靠鄰居機器人的合作完成任務(wù)。此外,瑞士聯(lián)合科技院開發(fā)的E-PUCK[6]機器人同樣也是一個比較著名的群體機器人移動平臺,由DSPIC處理器驅(qū)動。單個機器人能完成多種任務(wù),應(yīng)用范圍較廣,已在四百多所大學(xué)和研究院中得到應(yīng)用。然而,E-PUCK機器人的成本很高,單個機器人的成本為1300美元。對于大多需要多個機器人平臺作為研究對象的群體機器人研究人員而言,E-PUCK高昂的費用很難讓他們?nèi)砍惺堋?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有的移動群體機器人的缺點,本發(fā)明提供了一種自主編隊移動群體機器人,該移動群體機器人至少由2個機器人組成,擁有兩種編隊方式,即視覺編隊和通信編隊,根據(jù)需要采用不同的編隊方式可以達(dá)到不同的目的;每個機器人單體都是一個完整獨立的個體,靈活性好,智能化程度高,同時機器人成本低,體積小,穩(wěn)定性好,性價比高。
[0007]本發(fā)明具體是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0008]—種自主編隊移動群體機器人,至少由兩個單個機器人組成,單個機器人至少包括機器人底盤、直流減速電機車輪、直流減速電機、機器人電路主板,機器人底盤幾何形狀關(guān)于中間平面對稱,機器人底盤兩側(cè)關(guān)于中間平面對稱位置設(shè)有切割缺陷,所述直流減速電機車輪鑲嵌在機器人底盤的切割缺陷處;電機固定架與機器人底盤固定連接,電機固定架將兩個直流減速電機關(guān)于機器人中間平面對稱固定在機器人底盤上,直流減速電機主軸分別與直流減速電機車輪軸連接,驅(qū)動機器人直流減速電機車輪旋轉(zhuǎn);所述直流減速電機車輪上安裝有柵格數(shù)的光電碼盤;所述機器人底盤上處于直流減速電機前、后方分別固定連接銅柱,所述固定連接銅柱支撐固定機器人電路主板,所述機器人電路主板上焊接機器人硬件電路系統(tǒng),機器人底盤上安裝鋰離子電池;所述機器人底盤后方邊緣處且在機器人的中間平面上固定有機器人萬向輪,處于垂直投影面上兩個直流減速電機車輪和機器人萬向輪呈等邊三角形,機器人外殼吻合地安裝在機器人底盤邊緣上。
[0009]進一步地,所述硬件電路系統(tǒng)至少包括單片機模塊及其控制的紅外測速模塊、紅外測距模塊、LED模塊、SD卡、顏色識別模塊、人機交互模塊、導(dǎo)航模塊、電機驅(qū)動模塊和無線通信模塊,所述紅外測速模塊焊接在機器人電路主板的下方,其余模塊焊接在機器人電路主板上方;所述紅外測距模塊和LED模塊設(shè)置在機器人電路主板的邊緣處,單片機模塊焊接在機器人電路主板中心,其余的模塊焊接在其余的空間處;人機交互模塊和導(dǎo)航模塊通過排針安裝在機器人電路主板上方,人機交互模塊支撐在電機驅(qū)動模塊和無線通信模塊的上方;顏色識別模塊焊接在紅外測距模塊和LED模塊后面。
[0010]進一步地,所述紅外測距模塊和LED模塊至少為兩個,相間隔設(shè)置在機器人電路主板的四周,且都關(guān)于機器人中間平面對稱焊接;顏色識別模塊至少為兩個且關(guān)于機器人中間平面對稱。
[0011 ]進一步地,所述所述的LED模塊由全彩的RGB-LED模塊組成,可以發(fā)出任意色彩的燈光,LED模塊用于發(fā)出不同顏色的燈光切換機器人身份。
[0012]進一步地,所述無線通信模塊至少包括WIFI模塊、ZigBee模塊和藍(lán)牙模塊,導(dǎo)航模塊至少包括三軸加速度計三軸陀螺儀模塊和電子羅盤模塊,所述單片機模塊右前方焊接三軸加速度計三軸陀螺儀模塊,右方通過排針支撐后焊接電子羅盤模塊,左前方焊接ZigBee模塊,左后方焊接WIFI模塊,WIFI模塊后面焊接電機驅(qū)動模塊,電機驅(qū)動模塊包括2個電機接線端口和I個電機驅(qū)動芯片,電機驅(qū)動芯片右邊焊接2個電機接線端口,電機接線端口右后方焊接藍(lán)牙模塊。
[0013]進一步地,所述紅外測距模塊、顏色識別模塊對應(yīng)處的機器人外殼上設(shè)有通孔,以便紅外線的發(fā)射與接收和顏色的追蹤。
[0014]進一步地,所述紅外測速模塊為兩個,正對準(zhǔn)直流減速電機車輪上的光電碼盤且關(guān)于機器人中間平面對稱焊接在機器人電路主板下方,所述紅外測速模塊在紅外測距模塊的基礎(chǔ)上增加了電壓比較模塊而成,可測量直流減速電機車輪的角速度,測得的角速度可用于機器人路徑規(guī)劃和增加反饋控制環(huán)節(jié)。
[0015]進一步地,相鄰單個機器人之間通過自身的顏色識別模塊追蹤?quán)従訖C器人的LED模塊完成鄰居機器人的航向角度測量;通過紅外測距模塊測量自身與鄰居機器人的距離,通過無線通信模塊向鄰居機器人發(fā)送自身運動角度信息;通過利用顏色識別模塊追蹤?quán)従訖C器人的LED模塊測量的鄰居機器人的航向角度和紅外測距模塊測量自身與鄰居機器人的距離完成機器人的視覺編隊任務(wù),利用鄰居機器人通過無線通信模塊發(fā)送過來運動角度信息和紅外測距模塊測量自身與鄰居機器人的距離完成機器人的通信編隊任務(wù)。
[0016]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果為:擁有2種自主編隊方式,輸入對應(yīng)的程序,可根據(jù)實際需要選擇一種來完成機器人的自主編隊,靈活性好,適應(yīng)性強,冗余性和魯棒性好;在機器人上搭建其他模塊,可讓機器人完成對應(yīng)的任務(wù),擴展性好;單個機器人功能完善,模塊齊全,智能化程度高,結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,成本低,性價比高。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。<
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