浅析一种半球差动球形机器人的设计与研究

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1、密级：保密期限：姥言却奄大肇硕士研究生学位论文学号：Q2受§垒§姓名：奎红竖专业：捡测挞盔皇自麴丝装量．导师：签这坦．嚣迭狂学院：自动丝2010年1月10日^l}0▲r独创性(或创新性)声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与

2、资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名：至：丝幺日期：22&：三。丝关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后遵守此规定)保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文

3、不属于保密范围，适用本授权书。本人签名：銮丝幺日期：丝!旦：主：!≤导师签名：二匕尬△兰日期：2皇f垒．三．Z‘r咎r一‘疋凸：．土^▲，一种半球差动球形机器人的设计与研究摘要随着科学技术的飞速发展，机器人系统正在向智能化和视觉化的趋势发展。球形机器人运动灵活，具有抗倾倒和自恢复能力，在工业、民用、国防以及空间探索等领域具有广泛的应用前景。本文以球形移动机器人为基础，对半球差动球形机器人系统进行了设计，并以其为研究对象，针对球形机器人的导航与控制问题开展了研究工作。首先，针对国内外球形机器人和机器人导航传感技术的研究现

4、状进行了简要分析，指出存在的不足，并对几种典型的球形机器人进行了对比，总结出优缺点，在此基础上提出了新的构型，建立半球差动球形机器人的简化模型，对其运动状态进行运动学分析，为设计半球差动球形机器人的控制系统和控制算法提供理论基础。其次，构建球形机器人导航视觉系统，利用图像采集卡提供的接口函数完成了图像的实时采集。运用单目视觉理论，通过腐蚀、滤波、阈值处理和形状匹配等多种图像处理方法从噪音较大的环境中获取目标物方位信息，通过超声波传感器获取目标物距离信息，提供给后续机器人控制使用。再次，设计球形机器人控制系统的硬件方案与

5、软件方案，在VC++环境中设计并完成了球形机器人的上位机导航系统软件，基于ARM平台设计了机器人端的硬件系统与控制软件系统。最后，设计目标物追踪试验，采集试验数据，验证控制理论。通过对实验结果和数据的进一步分析讨论，论证了所提出控制方法的实用性、精确性和鲁棒性。总结本文所取得的研究成果，并指出了在此基础上可以进行的下一步深入研究和新的应用方向。关键词：视觉追踪多传感器图形分割球形机器人IIr，l^^，f‘一DESIGNANDRESEARCHFoRAl(INDoFHEMISPHERICDIFFEREDTIALMoTIoN

6、SPHERICALRoBoTABSTRACTWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology,thedevelopingtrendforroboticsistoimprovetheintelligentandvisualcapability．Thesphericalmobilerobotcallresumestabilityevenifacollisionhappened，andtheadvantageofthesphericalrobotincludeshighmaneuve

7、rability,SOitisverysuitabletobeusedinthoseenvironments，suchasindustrialbuilding，civilapplication，defenseconstructionandspaceexplorationdomain．Inthispaperhemisphericdifferentialmotionsphericalrobotsystemisdesignedbasedonsphericalmobilerobot，navigationandcontrolte

8、chnologyisresearched．First，brieflyanalyzetheresearchstatusofhomeandabroadsphericalmobilerobotsandnavigationsensortechnology,andpointouttheshortcomingsofthem，comparese