消毒机器人的控制系统设计与研究

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自2019年12月起,新冠疫情已经对全世界造成了重大的危害,严重影响了人们的生命安全以及全球的经济发展。在预防并控制病毒传染的过程中,最好的方式便是消毒,而传统的消毒作业存在着消毒不彻底,容易造成二次感染,且需要大量工作人员的问题。针对这些问题,本文设计了一套消毒机器人控制系统,为了能够使机器人开发中的软件复用率和模块化程度提升,本文的控制系统设计采用了机器人操作系统(ROS),主要内容包括以下几个方面:通过梳理概括国内外消毒机器人的研究现状,以及当前市场常见消毒机器人的类型,确定了本文消毒机器人的作业场景为室内环境。通过分析消毒机器人开发的总体需求,确立了消毒机器人的消毒功能、运动方式和导航方式。最后对消毒机器人控制系统的框架和平台进行了设计,分析了运动学模型。研究了消毒机器人的路径规划算法,分析出局部路径规划DWA(Dynamic Window Approach)算法存在的问题,并对该算法进行了改进,将算法中的评价函数增加了一项子评价函数,使算法规划出的局部路径更加贴近全局路径。最后通过MATLAB进行了仿真实验验证了算法的可行性。分别对消毒机器人的硬件平台和软件平台进行了设计。硬件平台基于分层设计的思想,分为驱动层、决策层和用户层,并对每一层的关键器件进行选型,详述其工作原理。软件平台分别对决策层和驱动层的软件进行了设计,主要设计了决策层的同时定位与地图构建功能和导航功能,以及驱动层的喷雾系统控制任务和运动规划任务,并设计了PID控制器不断调节驱动电机转速,最终达到控制机器人速度的目的。完成了消毒机器人的实验平台搭建,对消毒机器人进行了现场实验。实验结果表明,消毒机器人的软硬件配合良好,机器人具有地图构建的能力,可以在运动中进行精确的定位,从而规划出较优的全局路径,改进的DWA算法规划出的局部路径也更加贴近全局路径,能够较好的避障,机器人在实际环境中的消毒情况良好,并且能够有效的控制机器人的速度与消毒喷雾的流速。
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