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机械网-基于激光脉冲测距的矿灾机器人避障系统设计(测控技术与仪器)--机械机电

发布时间:2021-10-20 20:18:09 阅读: 来源:针阀厂家

基于激光脉冲测距的矿灾机器人避障系统设计(测控技术与仪器)(34000字)

摘要

煤矿救灾机器人是1种能够在煤矿井下灾害环境遥控或自主导航工作的机器人,他能够协助或代替救护人员进入受灾矿井内部进行环境探测和救济,可以极大地减少和避免救护人员的伤亡。机器人深入矿井内部,应当具有局部自避障能力,而机器人要想实现自主避障,首先就是要准确地辨认出障碍物信息,并且能对机器人与障碍物之间距离进行实时丈量。

为解决以上存在问题,论文首先遵守基于行动的机器人设计思路,选用适合的传感器----激光脉冲测距仪,利用激光脉冲测距仪的原理对周围的障碍物信息进行实时监测,其次,针对煤矿救济机器人避障要求设计了全方位机械转动云台,并将丈量范围从2维扩大到3维,再次,详细设计了煤矿救灾机器人避障控制系统的硬件电路,包括激光发射电路、激光接收电路、数据收集单元电路、运动控制单元电路等。

最后,对研制的煤矿救灾机器人激光测距避障系统进行了实时动态丈量障碍物距离和不同材质障碍物的测距稳定性实验,结果证明了本文设计的电路系统和软件系统的有效性和可行性。

关键词:煤矿救灾机器人;自主避障;障碍物丈量;激光测距

ABSTRACT

Coalminerescuerobotisonekindofrobotsusedinundergrounddestroyedcoalmine.Itcouldhelpevenreplacehumanbeingstodetectthemine’senvironmentandrescue,andgreatlyreduceandavoidthecasualties.Consequently,Inordertoenterintothemineandexploretheenvironment,visionbasednavigationisthebasictechnology.Thisthesisaimsatthestudyanddesignofthebinocularstereovisionfortheobstaclerecognitionandmeasuring.

Tosolvetheaboveproblems,Firstly,therobotbasedonbehaviorfollowsdesignideas,chooseappropriatesensor,laserpulselaserrangefinder,usingtheprincipleofpulsedrangefindersurroundingobstaclesinformationmonitoring泛发型白癜风怎么治疗.Secondly,accordingtominerescuerobotobstacleavoidancerequirementswedesignamechanicalrotatingyenta.Thenexpandthemeasurementrangefrom2dto3d.Thirdly,hardwarecircuitofrobotobstacleavoidancecontrolsystemisdesignedindetail,suchaslaseremissioncircuit,laserreceivingcircuit,dataacquisitionunitcircuit,motioncontrolunitcircuitandsoon.

Finally,onthedevelopmentoftheminerescuerobotobstacleavoidancesystemforlaserdistancemeasuringreal-timedynamicmeasurementofthedistanceandobstaclesofdifferentmaterialsrangingobstaclesstabilitytest,andtheexperimentresultsprovedthatthisdesignofcircuitsystemsandsoftwaresystemseffectiveandfeasible.

Keywords:ObstacleMeasuring;CoalminerescueRobot;Autonomousobstacleavoidance;Laserrangefinder

光脉冲式测距仪基本结构

当测距仪照准目标后,打开激光电源,激光器就发出1个很窄的光脉冲,这个光脉冲经过发射单元后,紧缩了它的发散角。以红宝石激光器为例,其发射角1般是几个毫弧度,经过发射单元后发散角约紧缩为零点几个毫弧度。在光脉冲发射出去的同时,其中极小1部份光立即通过两块反射镜而直接进入接收单元以此作为发射参考信号,用其作为标定激光发出的时间。参考信号进入接收单元后,经过虑光片到达光电转换器(由光电2极管或光电倍增管等光电元件组成),使光信号变成电信号,行将光脉冲变成电脉冲,这个电脉冲经放大整形后送至时间丈量系统他克莫司软治疗白癜风,使器开始计时。而射向目标的光脉冲,由于目标的反射(或漫反射)作用,使光(或部份光)从原路反射回来成为测距信号,进入接收单元,再经过虑光片、光电转换器、放大整形电路而进入时间丈量系统,使其停止计时。时间丈量系统所记录的时间(即参考信号与测距信号进入时间丈量系统的时间差),由显示器显示出来,进而通过译码后在显示器上直接给出测距仪到目标的距离。

激光脉冲测距仪及其参数

本系统设计要求的工作环境定位为矿下,由于矿下环境卑劣,光线低暗,灰尘多,湿度、温度波动范围很大。在能见度较差和连续作业时对系统的要求较高,选择适合的传感器尤其重要,斟酌到系统必须克服这些不利情况,因此通过对照现有传感器的性能,系统选用了瑞士pREXISO公司的X2型高性能的半导体激光测距仪。该种激光测距仪基于脉冲激光丈量方法设计,利用半导体脉冲激光管作为发射光源进行距离丈量,是利用电子、光学、激光技术准确丈量距离的新1代微小型激光测距仪,它具有丈量速度快、体积小、性能可靠等优点,完全满足救灾机器人避障器系统的使用要求。

X2型激光测距仪的主要技术参数:

测距性能

最小距离:0.1m

最大距离:30m

丈量精确度():0.002m

光源性能

激光2极管:620⑹90nm

色彩:红色

激光类型:2级激光

光束发散:016×0.6mrad

脉冲延续时间:s

最大发射功率:0.95mW

每脉冲最大发射功率:8mW

激光光束(激光反射光学系统发出的光束)≤Φ40mm

主要使用性能

供电:2×AAA(只留3V)

工作温度:-0℃~+50℃

X2型激光脉冲测距仪的激光测距传感器部份的原理框图以下图所示,系统主要有发射驱动电路、接收电路、计时电路、温度补偿电路和光学系统等部份组成。#p#副标题#e#

目录

第1章绪论1

第1.1节课题的背景及意义1

第1.2节矿灾机器人在国内外的研究现状2

第1.3节存在的问题与不足6

第1.4节半自主控制机器人国内外研究现状8

第1.5节激光测距在救灾机器人避障中的利用11

第2章激光测距及避障的原理15

第2.1节激光测距概述15

第2.2节用于移动机器人避障的传感器的比较15

第2.3节脉冲法激光测距原理17

第2.4节基于激光测距的机器人避障原理22

第2.5节救灾机器人避障系统的整体功能介绍23

第3章救灾机器人避障系统组成及硬件设计25

第3.1节避障系统的主要组成部份27

第3.2节机械转动云台的设计27

第4章避障系统功能模块分析及电路设计39

第4.1节避障系统功能模块介绍39

第4.2节激光发射部份设计41

第4.3激光接收电路的设计43

第4.4节控制键盘接口设计50

第4.5节激光测距避障系统电路的硬件设计53

第5章实验结果及分析63

小结65

参考文献66

附录(程序c语言)69

英文原文80

中文译文88

致谢93