基于RFID的助盲寻物机器人设计与实现

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

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