基于SLAM的避障消毒机器人设计与研究.pdf

第 期(总第 期)年 月山西电子技术研究与探讨收稿日期:基金项目:年甘肃省高等学校创新创业教育改革项目:专创融合背景下的机械专业实践课程教学改革研究与实践探索(甘教高函 号)天水师范学院科研项目:并联机器人可视化联合仿真与优化设计()年天水师范学院大学生创新创业训练计划项目()天水市自然科学基金()甘肃省青年科技基金计划()甘肃省高等学校创新基金()作者简介:吴旭平()男甘肃陇西人本科主要从事机器人设计研究 产品设计研究通讯作者:马浩浩()男甘肃天水人讲师硕士研究生主要从事智能控制理论及应用文章编号:()基于 的避障消毒机器人设计与研究吴旭平 马浩浩 韩伟亮 穆 彤 张 彬(.天水师范学院机电与汽车工程学院甘肃 天水.黑龙江大学电子工程学院黑龙江 哈尔滨)摘 要:设计了一种可以自主避障的消毒机器人确定了避障消毒机器人的整体设计方案完成了机器人本体、喷雾机构、消毒箱等重要机构的结构设计阐述了各个机构的工作原理 对机器人的控制系统进行了设计实验结果表明所提方案不仅可以实现有效消毒工作同时通过 算法实现预判路线并躲避障碍最终到达目的地关键词:避障消毒机器人结构设计控制系统建图规划中图分类号:文献标识码:(.):.:引言近年来随着新冠疫情的影响公共场合消毒工作成为一项必要措施 然而人为清扫工作效率低成本高等问题突出难以高效进行公共场合的消毒工作随着智能化的不断普及本文基于 算法实现消毒机器人的避障功能可以在人群、障碍物诸多的场合进行有效的消毒工作提高其工作效率 消毒机器人整体结构设计.组成部分如图 避障消毒机器人由机器人端和电脑端两部分组成 机器人端由视觉传感器、控制部分、消毒部分、底盘驱动部分等组成 电脑端主要负责程序的正常运行监看并遥控避障消毒机器人的正常运行图 避障消毒机器人整体结构.系统设计图 避障消毒机器人的弹性机构结构局部图 避障消毒机器人的内部结构如图、图、图 所示一种具有避障功能的消毒机器人包括机器人消毒箱机器人消毒箱的底部转动连接有全向轮机器人消毒箱的顶部固定连接有立柱立柱的顶端设有喷雾机构机器人消毒箱的四周固定连接有红外感应器机器人消毒箱的四周边角设有弹性机构弹性机构包括固定于机器人消毒箱一侧的弹簧一弹簧一的一端固定连接有减震板 减震板的材质为橡胶材质且弹簧一的材质为不锈钢材质 喷雾机构包括套设于立柱顶端的卡头卡头的外围开设有若干个喷雾口卡头的一端连通有水管水管的一端连接有增压泵 卡头的一端固定连接有搓盘搓盘的一端固定连接有弹簧二弹簧二的一端固定连接有固定板固定板一侧固定于立柱的内壁上 机器人消毒箱的内部底端固定连接有驱动电机驱动电机的输出端固定连接有固定杆固定杆的外表面固定连接有搅拌块 固定杆远离驱动电机的一端固定连接有丝杆丝杆与固定板活动连接搓盘的一侧与丝杆滑动连接卡头的两侧固定连接有滑块立柱的顶端位于滑块处开设有滑槽与现有技术相比本文所述的一种具有避障功能的消毒机器人通过设有弹性机构可以在碰撞时减少机器人所受到的伤害且通过喷雾机构可以控制喷雾口的调整可以控制喷雾口的隐藏减少对空气中的灰尘吸附对喷雾口的喷雾效果进行保护且通过搅拌块可以使内部的消毒液混合更加均匀.工作原理使用时通过全向轮控制机器人消毒箱的行进方向在移动过程中通过红外感应器感应位置信息及时进行避让通过减震板和弹簧一的安装可以减小因碰撞后机器人所受到的伤害在移动过程中驱动电机控制固定杆转动通过搅拌块对机器人消毒箱内部的消毒液进行搅拌进而通过搓盘下半部在丝杆上移动控制卡头的位置使喷雾口漏出之后通过搓盘之间的搓动且通过弹簧二的弹性可以控制卡头的位置固定以此同时增压泵通过对消毒液增压将其通过水管的输送从喷雾口喷撒出 关键技术定位问题和地图寻址问题是 主要解决的两个问题 当机器人进入一个陌生的环境就可以帮助机器人在这种环境下运行的过程中避开环境中的障碍及时感知所处周围环境和空间关系最终达到保证机器人在陌生环境下安全运行到达目的地主流的 算法包括、其中 是一个开源算法 它的优点是可以快速准确地构建小型场景地图 由于本文研究的避障消毒机器人广泛应用于小型场景故本实验使用 算法图 整体视觉 流程图如图 所示 总共分为三个步骤:感知、定位、建图最终解决的问题是确定机器人位置 感知:机器人利用传感器来感知周边环境 定位:通过传感器传来的消息来进行快速定位 建图:通过传感器往返的信息推测出机器人自身的位置和周围的环境反映出实时地图使用测距单元来帮助确定位置 控制系统设计.硬件设计.激光雷达根据使用的传感器不同消毒机器人 技山 西 电 子 技 术 年第 期 年第 期吴旭平等:基于 的避障消毒机器人设计与研究术可分为视觉 和激光 技术 由于本次实验使用的是激光 技术所以机器人的传感器是激光雷达激光直接成型技术()表 为激光雷达参数表 激光雷达参数参数名称单位参数范围备注激光器波长纳米()红外波段测距分辨率毫米()近距离测距精度高测距范围米().基于白色高反光物测得扫描频率赫兹()可定制测量频率赫兹()默认.控制板 是 的主控制器板主要负责控制消毒机器人的行动 具有尺寸小、待机时间长等优点.树莓派 树莓派 是在原来树莓派 的升级版采用了 型号 构建是 版本的博通处理器的升级版本更新版本进行了性能和散热器优化.软件设计 是基于滤波 框架的常用开源 算法 可以实时构建室内地图构建小场景地图所需的计算量较小且精度较高 相比 对激光雷达频率要求低、鲁棒性高而相比 在构建小场景地图时不需要太多的粒子并且没有回环检测因此计算量小于 而精度并没有差太多 消毒机器人地图构建与路径规划仿真本文采用地图构建与路径规划仿真来模拟消毒机器人的自主避障功能如图 所示图 建图规划 结语本文主要从消毒机器人结构设计和控制系统设计两方面展开研究基于 算法来实现消毒机器人的自主避障功能进而提高消毒机器人的工作效率有效解决公共场合消毒效率低、成本高等问题参考文献 古璐瑶罗敏廖雨等.快递站智能物流消毒机器人设计.工业控制计算机():.王东署王佳.未知环境中移动机器人环境感知技术研究综述.机床与液压():.王超孟凡裕.基于 的智能避障机器人.信息技术与信息化():.:.():.陈劲宇王坤王硕等.算法和 混合路径规划算法对比研究.吉林大学学报(信息科学版)():.(上接第 页)结论测试激励自动发送软件对飞艇综合处理机测试效率的提高起到了关键作用该软件具有友好的人机交互界面可以模拟外部设备向综合处理机并行发送多路数据激励节省了大量成本在实际测试工作中取得了很好的效果 此外该软件具有较好的通用性只需要对程序进行少量适应性改动即可满足其他设备的测试要求同时也提高了测试设备的复用率参考文献 李碧涵胡益诚.机载嵌入式软件的自动化测试架构设计.电脑编程技巧与维护():.