类封闭区域内道路清扫机器人导航策略研究(附件)【字数：25110】
当代是科技的时代，生活处处离不开科技，机器人技术作为现代科技的一种体现正在快速地发展着。清扫机器人已经得到很大程度的普及，但是大多数全自动清扫机器人都是运用于室内的，室外清扫机器人技术还存在空白。本课题在室外清扫机器人发展现状的基础上，对其导航策略进行了进一步的研究和优化，提出了一套运用于类封闭区域内道路清扫机器人的导航方案。本方案采用了多传感器导航技术，运用模糊控制技术，通过输入信号得出对应的输出信号，其中输入信号由超声波传感器和磁导航传感器测得，输出信号则用来指引清扫机器人作出对应的行进动作。本课题运用matlab模糊控制工具箱对模糊控制过程进行了仿真，以确保导航方案的可行性。本方案弥补了室外清扫机器人导航策略的空白，为校园或公园的道路清扫提供了解决的方法。关键字清扫机器人； 导航策略；传感器；matlab
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背影和意义 1
1.2 清扫机器人研究现状 1
1.2.1 机器人的国内外研究现状 1
1.2.2 清扫机器人的国内外研究现状 2
1.3 机器人导航技术的研究现状 3
1.3.1 国内外机器人导航的研究现状 3
1.3.2 导航技术发展趋势 5
1.4 机器人路径规划的研究现状 6
1.4.1 路径规划概述 6
1.4.2 国内外路径规划研究现状 9
1.5 本课题主要研究内容综述 12
1.5.1课题分析 12
1.5.2主要研究内容 12
第二章 导航策略与路径规划 15
2.1 设计目的 15
2.2 整体方案 15
2.3 多传感器导航技术 16
2.4 模糊算法和控制器 16
2.5 路径规划算法 17
2.6 导航策略 18
2.6.1 导航方案的比较 18
2.6.2 导航方案确立 19
2.7 本章小结 20
第三章 硬件与控制 21
3.1 硬件配置 21
3.2 硬件选型 22
3.2.1 超声 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
波传感器选型 22
3.2.2 磁导航传感器选型 23
3.2.3 蜂鸣器选型 24
3.2.4 磁条选型 24
3.2.5 GPS模块选型 25
3.2.6 GSM通讯模块选性 25
3.2.7 单片机选型 26
3.3 模糊控制 27
3.3.1 隶属函数 27
3.3.2 模糊规则 31
3.4 转角分配 33
3.5 本章小结 34
第四章 典型路况分析 35
4.1 路况分析 35
4.2 路况处理 35
4.2.1 曲线路段 35
4.2.2 交汇路段 35
4.2.3 障碍路段 36
4.3 连续路况举例 36
4.4 本章小结 38
第五章 仿真与模拟 39
5.1 仿真 39
5.2 模拟 44
5.3 本章小结 48
第六章 总结 49
致 谢 50
参考文献 51
第一章 绪论
1.1课题研究的背景和意义
近些年机器人日渐成为科研的热点，机器人能够做到很多人类无法做到的事情。机器人最开始只出现在科学家的实验室内，逐渐地它走向了，现在它已经走进了千家万户。
清扫机器人作为众多机器人的一类，它能取代人力清洁某一片区域。其中室内清扫机器人的科学技术已经相当成熟，而室外清扫机器人却并不像室内清扫机器人这般常见，本课题就是试着为室外清扫机器人多增添一些东西。
移动型机器人需要多种技术的支持，而导航更是不可缺少的机器人技术之一，适当的导航策略可以使机器人在未知的工作环境中顺畅得完成一系列动作。机器人在导航技术的指引下可以从起始点，灵活地避开所有障碍安全地到达终点，并且这个过程的耗能一定是少量的，这个过程所历经的路程一定是尽量短的。
由于室外清扫机器人远没有室内清扫机器人那么受关注，这也导致了室外清扫机器人导航策略的匮乏。本课题研究的就是室外导航策略的研究，当然本课题研究的导航策略并不是适合任意室外环境，它只适合类封闭区域内的道路，比如公园四周环绕的道路。本课题为该类道路提供了一个简单的导航方案，虽然简单但不乏实用性。
导航是清扫机器人不可或缺的功能之一，导航的正确性和实用性决定了清扫机器人的智能性和高效性。真正合格的导航清扫机器人可以正确地应对各种突发情况，它能通过自身的感知装置感受未知环境中的障碍，并以最高的效率清扫沿途的垃圾，并且从起点到终点清扫机器人移动过的距离一定是最短的。
1.2清扫机器人研究现状
1.2.1机器人的国内外研究现状
机器人是可以自动执行工作事物的科技装置，它是由人为设计并制造出来的，人们可以在机器人身上安装一些控制装置，通过这些装置指挥机器人完成各种工作。现如今研究机器人主要目的是让机器人协助人类完成一些繁琐的工作任务或者是人们不能完成的工作任务，例如日本福岛核危机处理过程中就有机器人的身影，他们要做到的就是人们不能做到的事情。机器人所能应用的领域极其广泛，包括农业，工业，建筑业以及军事行业等[1]，近些年来机器人的发展一定程度得衡量了一个国际的科技力量。
当然机器人研究所涉及的科学技术也是极其多样的，包括运动学，机械传动技术，传感器技术，仿生技术，计算机学，人工智能技术以及自动控制技术等。当然从外形上来说，机器人并不一定就是人形的，大部分机器人的外形很不像人类，值得一提的是和人长得一模一样的机器人是很难制造的，因为作成人形的机器人很可能失却某些专属功能[1,2]。机器人都会由多个部分组成，每个部分都有特定的功能，如图11就是机器人的组成
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背影和意义 1
1.2 清扫机器人研究现状 1
1.2.1 机器人的国内外研究现状 1
1.2.2 清扫机器人的国内外研究现状 2
1.3 机器人导航技术的研究现状 3
1.3.1 国内外机器人导航的研究现状 3
1.3.2 导航技术发展趋势 5
1.4 机器人路径规划的研究现状 6
1.4.1 路径规划概述 6
1.4.2 国内外路径规划研究现状 9
1.5 本课题主要研究内容综述 12
1.5.1课题分析 12
1.5.2主要研究内容 12
第二章 导航策略与路径规划 15
2.1 设计目的 15
2.2 整体方案 15
2.3 多传感器导航技术 16
2.4 模糊算法和控制器 16
2.5 路径规划算法 17
2.6 导航策略 18
2.6.1 导航方案的比较 18
2.6.2 导航方案确立 19
2.7 本章小结 20
第三章 硬件与控制 21
3.1 硬件配置 21
3.2 硬件选型 22
3.2.1 超声 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
波传感器选型 22
3.2.2 磁导航传感器选型 23
3.2.3 蜂鸣器选型 24
3.2.4 磁条选型 24
3.2.5 GPS模块选型 25
3.2.6 GSM通讯模块选性 25
3.2.7 单片机选型 26
3.3 模糊控制 27
3.3.1 隶属函数 27
3.3.2 模糊规则 31
3.4 转角分配 33
3.5 本章小结 34
第四章 典型路况分析 35
4.1 路况分析 35
4.2 路况处理 35
4.2.1 曲线路段 35
4.2.2 交汇路段 35
4.2.3 障碍路段 36
4.3 连续路况举例 36
4.4 本章小结 38
第五章 仿真与模拟 39
5.1 仿真 39
5.2 模拟 44
5.3 本章小结 48
第六章 总结 49
致 谢 50
参考文献 51
第一章 绪论
1.1课题研究的背景和意义
近些年机器人日渐成为科研的热点，机器人能够做到很多人类无法做到的事情。机器人最开始只出现在科学家的实验室内，逐渐地它走向了，现在它已经走进了千家万户。
清扫机器人作为众多机器人的一类，它能取代人力清洁某一片区域。其中室内清扫机器人的科学技术已经相当成熟，而室外清扫机器人却并不像室内清扫机器人这般常见，本课题就是试着为室外清扫机器人多增添一些东西。
移动型机器人需要多种技术的支持，而导航更是不可缺少的机器人技术之一，适当的导航策略可以使机器人在未知的工作环境中顺畅得完成一系列动作。机器人在导航技术的指引下可以从起始点，灵活地避开所有障碍安全地到达终点，并且这个过程的耗能一定是少量的，这个过程所历经的路程一定是尽量短的。
由于室外清扫机器人远没有室内清扫机器人那么受关注，这也导致了室外清扫机器人导航策略的匮乏。本课题研究的就是室外导航策略的研究，当然本课题研究的导航策略并不是适合任意室外环境，它只适合类封闭区域内的道路，比如公园四周环绕的道路。本课题为该类道路提供了一个简单的导航方案，虽然简单但不乏实用性。
导航是清扫机器人不可或缺的功能之一，导航的正确性和实用性决定了清扫机器人的智能性和高效性。真正合格的导航清扫机器人可以正确地应对各种突发情况，它能通过自身的感知装置感受未知环境中的障碍，并以最高的效率清扫沿途的垃圾，并且从起点到终点清扫机器人移动过的距离一定是最短的。
1.2清扫机器人研究现状
1.2.1机器人的国内外研究现状
机器人是可以自动执行工作事物的科技装置，它是由人为设计并制造出来的，人们可以在机器人身上安装一些控制装置，通过这些装置指挥机器人完成各种工作。现如今研究机器人主要目的是让机器人协助人类完成一些繁琐的工作任务或者是人们不能完成的工作任务，例如日本福岛核危机处理过程中就有机器人的身影，他们要做到的就是人们不能做到的事情。机器人所能应用的领域极其广泛，包括农业，工业，建筑业以及军事行业等[1]，近些年来机器人的发展一定程度得衡量了一个国际的科技力量。
当然机器人研究所涉及的科学技术也是极其多样的，包括运动学，机械传动技术，传感器技术，仿生技术，计算机学，人工智能技术以及自动控制技术等。当然从外形上来说，机器人并不一定就是人形的，大部分机器人的外形很不像人类，值得一提的是和人长得一模一样的机器人是很难制造的，因为作成人形的机器人很可能失却某些专属功能[1,2]。机器人都会由多个部分组成，每个部分都有特定的功能，如图11就是机器人的组成
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