基于RFID的助盲寻物机器人设计与实现

论文字数:20520,页数:54

基于RFID的助盲寻物机器人设计与实现
摘  要
 针对盲人的生理缺陷，研究一款帮助盲人找寻所需物品的移动机器人。其以UP-Magic2410为主控模块，以嵌入式Linux为操作系统，并采用多线程的方式集成了射频识别模块、超声波测距模块、电机驱动模块和语音声控模块。其中，通过射频识别模块确定目标物的位置，而超声波模块实现避障的功能。本文以栅格法对环境进行建模，并建立全局直角坐标系和机器人本身局部极坐标系。通过调节射频识别模块的读写距离，以二分法的方式确定目标物所在的栅格。同时，以目标物和机器人距离作为路径规划的依据，采用贪心算法，逐步逼近目标物。此外，该机器人能够在动态未知环境下，寻获事先不知道具体位置的目标物。最后，本文对该移动机器人进行仿真测试，验证了该机器人的路径规划算法具有较高的收敛性、鲁棒性和环境适应性。

关键词： 射频识别 移动机器人 栅格法 路径规划 贪心算法
Find Things to Help the Blind Robot Based on RFID Design and Implementation
ABSTRACT

 Physical defects for the blind, study to help the blind to find the necessary items a mobile robot. The UP-Magic2410 as its main chip, embedded Linux as the operating system, and uses multiple threads, with integrated radio frequency identification module, ultrasonic distance measuring module, motor driver module and voice voice module. Which, through radio frequency identification module determines the target position, while the ultrasonic module for obstacle avoidance function. In this paper, grid method for modeling the environment, and the establishment of a global Cartesian coordinate system and the robot itself, the local polar coordinates. By adjusting the radio frequency identification module to read and write distance to the target dichotomy way to determine where the grid. Meanwhile, from the target and the robot Path Planning as the basis, the use of greedy algorithm, and gradually approaching the target. In addition, the robot can be in a dynamic unknown environment, found not know in advance the specific location of the target. Finally, the mobile robot simulation test to verify that the robot path planning algorithm has higher convergence, robustness and Environmental adaptability.

Key word: RFID  Mobile Robot  Grid method  Path planning  Greedy algorithm
目  录

摘  要 I
ABSTRACT II
1  绪论 1
1.1课题研究背景介绍 1
1.1.1课题研究背景概述 1
1.1.2问题的提出 1
1.1.3课题介绍 2
1.2国内外助盲系统发展现状及发展趋势 2
1.3移动机器人的发展现状 3
1.4 本课题主要研究工作 4
2  系统概述 5
2.１系统方案 5
2.２系统功能概述 6
2.3系统架构设计 7
2.４课题关键问题的提出及描述 7
3  硬件系统设计 9
3.1硬件系统总体设计方案 9
3.2系统硬件模块介绍 9
3.2.1 UP-Magic2410主控模块 9
3.2.2 RFID读写器 10
3.2.3声控模块 10
3.2.4超声波模块 11
3.2.5电机和电机驱动模块 12
3.1.6 Zigbee无线传输模块 13
3.2机器人小车设计概述 13
3.3超声波原理及设计 14
4  软件系统设计 16
4.1软件系统总体设计方案 16
4.2嵌入式Linux操作系统 16
4.2.1嵌入式Linux概述 16
4.2.2 嵌入式Linxu驱动程序 17
4.3主控模块应用程序设计 18
4.3.1主控模块应用程序设计概述 18
4.3.2多线程编程模式 19
4.3.3硬件接口编程 19
4.3.4嵌入式数据库设计 20
4.4外扩模块程序设计 21
4.4.1超声波模块程序设计 21
4.4.2电机驱动模块程序设计 23
4.4.3声控模块程序设计 23
5  移动机器人的路径规划 24
5.1路径规划问题的描述 24
5.2常见移动机器人路径规划方法 25
5.2.1 概述 25
5.2.2环境已知的路径规划方法 25
5.2.3环境未知的路径规划方法 26
5.3论文提出的路径规划算法 27
5.3.1算法提出的环境 27
5.3.2环境建模 28
5.3.3 移动机器人的定位和坐标描述 29
5.3.4 目标物品的确定 30
5.3.5 搜索和路径规划算法描述 30
6  仿真实验与结果分析 32
6.1环境建模 32
6.2未知环境避障与路径规划的仿真 33
6.3结果分析 35
7  总结 36
参考文献 37
附  录 40
谢  辞 49