基于RFID的助盲尋物機器人設計與實現

論文字數:20520,頁數:54

基于RFID的助盲尋物機器人設計與實現
摘  要
 針對盲人的生理缺陷，研究一款幫助盲人找尋所需物品的移動機器人。其以UP-Magic2410為主控模塊，以嵌入式Linux為操作系統，并采用多線程的方式集成了射頻識別模塊、超聲波測距模塊、電機驅動模塊和語音聲控模塊。其中，通過射頻識別模塊確定目標物的位置，而超聲波模塊實現避障的功能。本文以柵格法對環境進行建模，并建立全局直角坐標系和機器人本身局部極坐標系。通過調節射頻識別模塊的讀寫距離，以二分法的方式確定目標物所在的柵格。同時，以目標物和機器人距離作為路徑規劃的依據，采用貪心算法，逐步逼近目標物。此外，該機器人能夠在動態未知環境下，尋獲事先不知道具體位置的目標物。最后，本文對該移動機器人進行仿真測試，驗證了該機器人的路徑規劃算法具有較高的收斂性、魯棒性和環境適應性。

關鍵詞： 射頻識別 移動機器人 柵格法 路徑規劃 貪心算法
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  錄

摘  要 I
ABSTRACT II
1  緒論 1
1.1課題研究背景介紹 1
1.1.1課題研究背景概述 1
1.1.2問題的提出 1
1.1.3課題介紹 2
1.2國內外助盲系統發展現狀及發展趨勢 2
1.3移動機器人的發展現狀 3
1.4 本課題主要研究工作 4
2  系統概述 5
2.１系統方案 5
2.２系統功能概述 6
2.3系統架構設計 7
2.４課題關鍵問題的提出及描述 7
3  硬件系統設計 9
3.1硬件系統總體設計方案 9
3.2系統硬件模塊介紹 9
3.2.1 UP-Magic2410主控模塊 9
3.2.2 RFID讀寫器 10
3.2.3聲控模塊 10
3.2.4超聲波模塊 11
3.2.5電機和電機驅動模塊 12
3.1.6 Zigbee無線傳輸模塊 13
3.2機器人小車設計概述 13
3.3超聲波原理及設計 14
4  軟件系統設計 16
4.1軟件系統總體設計方案 16
4.2嵌入式Linux操作系統 16
4.2.1嵌入式Linux概述 16
4.2.2 嵌入式Linxu驅動程序 17
4.3主控模塊應用程序設計 18
4.3.1主控模塊應用程序設計概述 18
4.3.2多線程編程模式 19
4.3.3硬件接口編程 19
4.3.4嵌入式數據庫設計 20
4.4外擴模塊程序設計 21
4.4.1超聲波模塊程序設計 21
4.4.2電機驅動模塊程序設計 23
4.4.3聲控模塊程序設計 23
5  移動機器人的路徑規劃 24
5.1路徑規劃問題的描述 24
5.2常見移動機器人路徑規劃方法 25
5.2.1 概述 25
5.2.2環境已知的路徑規劃方法 25
5.2.3環境未知的路徑規劃方法 26
5.3論文提出的路徑規劃算法 27
5.3.1算法提出的環境 27
5.3.2環境建模 28
5.3.3 移動機器人的定位和坐標描述 29
5.3.4 目標物品的確定 30
5.3.5 搜索和路徑規劃算法描述 30
6  仿真實驗與結果分析 32
6.1環境建模 32
6.2未知環境避障與路徑規劃的仿真 33
6.3結果分析 35
7  總結 36
參考文獻 37
附  錄 40
謝  辭 49