生重大項目-zd1711申書2017年度科研項目

成績名利前茅，位列專業(yè)前8名，保送到東學繼續(xù)進行學習。在大優(yōu)秀學生、優(yōu)秀團標兵等榮譽稱號。在課余時間，積極參與了各科競賽，獲得兩次大學生英語競賽二等獎、大學生數(shù)學建模競賽遼寧省二等獎、大學生數(shù)學建模競賽二等獎等。此外，2015年曾作為參與東同學，擔任信息科學與學生會。他在大學期間成績東學優(yōu)秀學生兩次，優(yōu)秀學生一次。在課余時間，他積極參與了各項設計大賽最受歡迎獎等。此外，還曾中國一篇（基于潮汐能實現(xiàn)（80000元經費資助。競賽，曾獲得大學生智能汽車競賽東北賽區(qū)雙車組二等獎，也曾參加遼寧“類競賽中積累了豐富的實踐與團隊合作經驗。希望能通過的鍛煉接觸到新同學，來自信息科學與自動化專業(yè)。曾獲東學三等二、立項背2.1相關研究背景與選題依真實生活中的機器人與科幻中的機器人是有很大不同的。以機器人的供電為例,中的機器人總是由核能或者是有能供電它們完全充一次電后，兩三天才慢慢耗盡電量。而實際上，能電池無法為機器人的馬達提供足夠的動力,同時它也沒有能量的能力核電源民用普及率很低大多是在軍事上國家頂級機器人試驗項目?，F(xiàn)實生活中，大部分內置電源的實用機器20卻于時代?？傮w來說,今天的電池在尺寸和重量上沒有大的突破,充電時間也仍需數(shù)個小時。我們項目的目的就是要找到最優(yōu)的節(jié)能方式給機器人供電，保證機器人能夠長時間續(xù)航運作。人系統(tǒng)出色的完成了科學任務。我國也于近年來在該領域不斷取得新的研195819于1973年開始了光伏電池的發(fā)電應用，于1979年制造出了自己的單晶娃??！2.2國內外發(fā)展現(xiàn)（1）能的研下自主工作機器人的能源供給問題，主要應用有能空間探索機器人能極地探索機器人能水下機器人及能農用機器人等幾個方面。CCD在能極地探索機器人研究方向，也可看到空間探索機器人的，其中卡內基梅隆大學（CMU）研制的“流浪者（Nomad）機器人就在南極地區(qū)開展實驗研究。Nomad機器人在2000年被應用在南極地區(qū)搜尋隕石任2005能光伏發(fā)電和水平軸風力發(fā)電互補的方案。在Nomad的基礎上卡內基梅隆大學（CMU）進行了輕量化設計改進，研制了Hyperion能極地探測機器人該機器人采用了3.45平方米的能光伏扳作為動為能源，質量約為5kg，大大節(jié)約了成本。為適應南極地區(qū)低高度角環(huán)境能光伏板幾乎垂直角度人。該機器人高1.8米，質量約為360kg，平均速度2km/h，裝有兩部水平軸風和分析達特茅斯學院（DartmouthCollege）研制了基于光伏發(fā)電動，，，，，，，，CoolRobot150Ｎ內工作負載在南極地區(qū)開展科研工作。CoolRobot2013源，可耐受月球表面強福射、大溫差變化等環(huán)境。月球車可越過20cm髙障礙物并爬上20°的斜坡，裝有紅外成像光譜儀、全景相機、測月等科學儀（2）激光能的研的創(chuàng)新近轟大學河島信樹教授的研究小組在實驗中成功使用激光驅動機器人這種機器人搭載有塊能電池,在離機器人米的距離,可用波長納米的半導體激光照射機器人的能電池板,電池板就可以發(fā)出功率為瓦的電力,使電站和化學污染嚴重的場所,對正在作業(yè)的機器人更換電池有一定,而用激（4）化學能電池的研對化學能領域的研究,主要集中在對電池的研究。2005年6月30日,斯比西斯公司在東京展示世界上第一種以電池為動力的機器人`這臺機器人高50厘米、重4.2公斤,內置一個氫罐。與充電需要數(shù)小時的常規(guī)電池相比,電池以電池盒形式使用,更換容易。斯比西斯公司說,作為將來操作機器人的能源,電池屬于一種有前途的材料。機器人更適于通過電池盒獲得,使它們看起來好像在吃飯,而不是讓電池充電。據(jù)悉,這款機器人的定價為250萬日元,是此前使用傳統(tǒng)鎳氫電池機器人價格的5倍。斯比西斯公司一直從事于電池驅動雙足步行機器人的研究,該公司在“斯比西斯”的機器人電池系統(tǒng)的構成方面付出了很大的努力,主要目標是要達到輸出功率達到可以裝載電池等重物,并可在較大范圍內工作,使機器人達到了實用水2.3目前國內的機器人供能的不足之（1）機器人行走的路徑規(guī)劃或規(guī)劃不合理，導致無意義耗能增定的移動算法，如三角形、五邊形軌跡嘗試性的覆蓋作業(yè)區(qū)，如果遇到，則執(zhí)行對應的轉向函數(shù)。其代表是iRobot公司研發(fā)的iRobotRoomba3-8系iAdaptAIRoombaRoomba范圍、高度、轉速、電流大小、阻力等參數(shù)，計算出前方物大致形狀，再經RoombaRoomba60次的速度計算周邊物的情況，同時根據(jù)所處環(huán)境做出40余種清掃動作，如殊。且無論其算法優(yōu)劣，其都是“隨機，這就不可避免地造成了能源的浪夠在工作空間順利地通行而不碰到任何物完全遍歷路徑規(guī)劃是一種在二維（2）間續(xù)航運行，并且對電力能源消耗較多。機器人是人類最具代表性的高新技術之一,其發(fā)展涉及計算機技術、自自主機器人是一種能夠通過傳感器感知外界環(huán)境和自身狀態(tài),實現(xiàn)在有測以及一些人類本身所不能進入的或高溫環(huán)境的作業(yè)中,有著極其廣泛的應用前景隨著機器人應用場合拓寬的同時,這些機器人都著一個共同的問題，這是自主機器人實現(xiàn)任務需要解決的關鍵技術之一目前國內外的研究大多及技術,路徑規(guī)劃,控制策略,識別,視覺伺服等方面,而現(xiàn)階段關于時間長、使用短等缺點,同樣,不利于機器人多方面的應用。所以,進行機器2.4意1、利用再生能源緩解能源實現(xiàn)環(huán)保：中國的一次能源儲量遠遠低于世界的平均水平大約只有世界總儲量的10%能是人類取之不盡用之不竭可再生能源具有充分的清潔性安全性相對的廣泛性確實的長和免性資源的充足性及潛在的經濟性等優(yōu)點在長期的能源中具有重要地位。2.5可行性分3在項目進行的同時可以從課題組尋求電氣工程及其自動化，新能源研究課題組有研究該方向的11人，有著堅實的理論和實踐基礎。有一定基礎上進行創(chuàng)新的。4、傳感器技術的發(fā)展與MCU計算力的不斷提高為路徑規(guī)劃與定位相關參考文[1]，，田葳 2010年第三期：4—[2]John,Z.Ye,A.Kolwalkar.Investigationofanti-is-landingprotectionofpowerconverterbaseddistributedgeneratorsusingfrequency ysis[J].IEEETrans.PowerElectron.,2004,19(5):1177-1183.[3].能與高亮LED的集成應用[J].應用能源技術,2007,6:25-[4]JoachimBenemann.Building-integratedPVmodules[J].SolarEnergyMaterials&SolarCells,2001,67:345-354.[5].能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究[D].青島：青島大學自動化[6]KennethJ.Kelly,MarkMihalie,MatthewZolot.BatteryUsageandThermalPerformanceoftheToyotaPrius [7]，王斯化我國光伏發(fā)電進展化乾1999，(4)：7—人技術與應用，2008（3：5—三、實施內容與總兩個不同學科的研究重點：新能源（本項目主要采用了能光伏發(fā)電技術）1新能源供電部本項目提出利用高效獨立的能光伏供電裝置作為路徑規(guī)劃機器人裝置設計，按照能光伏供電裝置提供電源方式與路徑規(guī)劃機器人裝置組合形式的不同，提出能光伏路徑規(guī)劃機器人系統(tǒng)的直流設計方案，以滿足普遍應2光伏充電系1、工作模式及工作流圖3所示系統(tǒng)包風光互補發(fā)電系統(tǒng)220V交流電網(wǎng)由全橋式高頻DC/DC工作原理如下：首先，控制器通過電壓電流傳感器風光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸?shù)目砂l(fā)電量和發(fā)電潛力，同時智能車車充電系統(tǒng)的輸出電壓電流，分析智4所示。逆220V電 器 充電及風光互補量回 主電 風光互補及電網(wǎng) 時供電進行充能量回饋 智能車充 無充電風光互補風光互補發(fā)電系 控制部 子控制部 電能量回充電系統(tǒng)控電源部 智能車充電系統(tǒng)主電路及其控制器部分 輸出部3初始化數(shù)據(jù)信息并進行相關計算是否滿 是否需要智充電需要 汽車放電能量回饋子控 充電子 能量回饋子部分（電網(wǎng)參 制部分（能供電 制部 回饋4能量回饋的雙向變換的主電路設計方案，用方式卸載實現(xiàn)能量回饋，提3.1.2控制器的設計與使過充控制電路中將繼電器J1的開關串聯(lián)在充電電路中，當白天有光處于正常充電狀態(tài)時，由能板吸熱經繼電器開關常閉點向蓄電池充電，若電池的電壓高于26V時，認為蓄電池處于過充狀態(tài)，UIA“-”端電壓高于“+”端電壓時，UIA輸出“-”低電平，使Q1截止，同時Q2導通，繼電器線圖J1通電，J2態(tài)時，放電電路正常工作。在晚上由蓄電池向負載供電時，當蓄電池的電壓低22V時，認為蓄電池處于過放狀態(tài)，此時UIB“”端電壓低于其“”端電壓時，UIB輸出“”低電平，使3截止，同時4J2通電，繼電器開關由常閉點轉到常開點，放電電路就斷開，過放指示燈亮停止向負載圖 控制器電3.1.3蓄電池充放電管理技充電電流/電14過充 13恒流充浮 電壓曲額定電流電流曲涓流充充電時間四模式充電狀態(tài)曲610.5V，充電器將用預先設定的涓10.5V時立即轉入大電流快速充電。如果電池電壓在充電周期開始就高于其閾值電壓時，則跳過涓流充電直接進入大電流快速充電模式。里，電池電量迅速地恢復。當電池電壓上升到過充電壓(Voc)14.5V時，大電流過充電：從大電流充電狀態(tài)直接轉入浮充狀態(tài)，電池容量只能恢復到額定8090%100%,充電過程實質上已經完成，充電器轉入浮充狀態(tài)。閾值電流一般等于最大允許充電電流1/5。浮充電：主要用于補充電池自身放電所消耗的電量。在浮充電模式下，充1030mA，用以補90%器將轉入大電流充電狀態(tài)，使上述充電過程重新開始。這種多模式充電法綜合100%電源模 分壓電 DC/DC電 充電控電 蓄電 分壓電 MOFSET 放電控77所示。DSP完成對充放電各個過程的控制，主要包括對蓄電池充電電壓的采樣、充電3.1.4電能質量、保護與優(yōu)來電流參數(shù)。電流互感器可以自己繞制也可以從市場上現(xiàn)成產品。電壓參數(shù)一般是輸出電壓經過分壓后送到控制電路部分，在這里也采用因為功率器件損壞而造成嚴重。保護措施主要包括：輸入過壓保護，輸入 上進行系統(tǒng)仿真與可行性分風光發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池、Buck-Boost雙向變換器的工作原理，在Mutltisim和/上搭建相應的模型，并通過輸入相關的數(shù)據(jù)，從而進行能量流實物搭建移動雙向充電樁硬件平元、蓄電單元、DSP電池進行供電，蓄電單元用于發(fā)電單元供給后多余的電能，DSP控制單元用于發(fā)電單元的狀態(tài)參數(shù)，判斷所述發(fā)電單元所處的狀態(tài)，若發(fā)電單元處單元的輸出端與充電樁，DSP控制單元與蓄電單元連接。機器人設計部機械硬件設計劃用智能車競賽中的C型車模作為實驗平臺，擁有雙電機與舵機的車模驅動電路一塊集成電路板為C型車模實現(xiàn)各種功能，電路板上使用恩智浦公司K64系列MCU，可以滿足智能車雙電機運行，電路板上做有電流閉環(huán)模塊，波避障模塊以及頭的接口。各模塊原理圖如下所示。圖8頭模塊原理910PCB識別傳感器的選計劃運用頭進行空間的識別建立地圖導航與大致路徑規(guī)劃，同時配合路徑優(yōu)化控制算性的覆蓋作業(yè)區(qū)如果遇到則執(zhí)行對應的轉向函數(shù)其代表是iRobot公司研發(fā)的iRobotRoomba3-8系列產品。采用的是iAdapt智能化清掃技術的等等組成，通過Roomba的硬件傳回的信息，iRobot等參數(shù)，計算出前方物大致形狀，再經過軟件的處理運算，得出的結果就是Roomba下一步清潔方式，Roomba以每秒60次的速度計算周邊物的情iRobot采用面積模糊判定算法，根據(jù)房間面積自動設定清掃時長。和路徑規(guī)劃不同的是，Roomba開始收集算法估算所需的兩個重要參數(shù)：單次行進距就調頭則間接代表房間面積較小。每次碰撞Roomba都能收集到相關信息，單較大，且綜合來看能源利用率是較低的。故本項目放棄了這法，采用了機器人縮為一個點，而環(huán)境中的物邊界做相應的擴展及模糊化處理。采用空間中，或者在物空間中。這種方法的特點易于實現(xiàn)，為路徑規(guī)劃的實現(xiàn)帶來了很多方便，具有表示不規(guī)則物的能力；其缺點存在著時空開銷與精度之間的，柵格的大小直接影響著環(huán)境信息量的大小和規(guī)劃時間的長短。柵格劃分大了，環(huán)境信息量就小了，規(guī)劃時間短，分辨率下降，在密發(fā)現(xiàn)路徑的能力強，但環(huán)境的量大。所以柵格的大小直接影響著控制算法四、項目的特色與創(chuàng)新之隨著全球能源和環(huán)境污染問題的日益嚴重，開發(fā)利用可再生新能源勢在必行，世界各國已經把開發(fā)利用可持續(xù)新能源作為未來的能源發(fā)展。隨器人設計作為研究對象。隨著全球能源和環(huán)境污染問題的日益嚴重，開發(fā)的能源發(fā)展。為了讓本項目研究對象能夠更好的完成已經規(guī)劃好的路徑，并且希望其能夠地完成任務，我們設計了基于新能源供電的路徑規(guī)劃機器（1）項目特）的新能源為研究方向，將路徑規(guī)劃機器人供電作為研究對象。新型的新能源系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用了能資源，具有較高性價比的一種新型發(fā)電裝置的運行和控制系統(tǒng)設計作為主要研究內容。動力電池是機器人供電的關鍵構成之一，其充電方式和循環(huán)對機器人較大，會縮短電池的周期，增加供電系統(tǒng)的使用成本。因此，常規(guī)充電將值和應用發(fā)展前景。（2）項目創(chuàng)新之)了光伏發(fā)電綠色、節(jié)能環(huán)保的特點。放，與生態(tài)環(huán)境和諧，符合經濟社會可持續(xù)發(fā)展；所發(fā)電能饋入電網(wǎng)，以電網(wǎng)為儲能裝置，省掉蓄電池，比獨立能光伏系統(tǒng)的建設投資可減少達就近就地分散發(fā)供電，進入和退出電網(wǎng)靈活，既有利于增強電力系統(tǒng)抵御和的能力，又有利于改善電力系統(tǒng)的負荷平衡，并可降低線路損耗；可起聯(lián)網(wǎng)能光伏系統(tǒng)是世界各發(fā)達國家在光伏應用領域競相發(fā)展的熱點和重點，是世界能光伏發(fā)電的主流趨勢，市場巨大，前景廣闊；結構簡單，隨車移動，同時給車身鋪設光伏板，讓電動汽車隨時隨地甚至行車過程中便能給動力電池充電。傳統(tǒng)方式下，光伏發(fā)電時光伏板固定在立桿上，而本項目光伏發(fā)電使實際充電曲線擬合電池的最佳充電曲線。同時擬采用反推控制相結合的控制方法，給四階段快速穩(wěn)定充電提供保障。以使充電樁的充電速率和穩(wěn)定性大幅提高。D）采用較為先進的路徑規(guī)劃算法，最大程度避免無意義的能機、自適應搜索算法。由于其思想簡單、易于實現(xiàn)以及表現(xiàn)出來的健壯性，器學習、智能控制、模式識別和等領域取得了許多令人鼓舞的成就所不同解決辦法構成了大量的基于遺傳算法的路徑規(guī)劃算法因為遺傳算法要對路徑進行編碼，因此環(huán)境表示的方法將直接影響到路徑的表(凸)將環(huán)境中可行區(qū)域用自由圖表示這樣整個環(huán)境就可以用圖中的各個點來表示。路徑編碼的解決方法經典的遺傳算法使用二進制串來表示種群中的，因此許多基于遺傳算法的路徑規(guī)劃也采用二進制串來表示路徑，串中的每一位代表環(huán)境中表示的一個單位。但個的適應度值來進行搜索。因此適應度函數(shù)的選取至關重要，直接影路徑規(guī)劃的目標一般是對從起點到終點的可行路徑選取時間最短或長度最短的中的適應度及其分布。路徑選擇概率的常用分配辦法有：局部選擇法、錦標賽選擇法等。不管采用哪種選擇方法都要體現(xiàn)出適應度高的路徑要得到的機會進入新一輪循環(huán)的思想交叉算子的構造方法交叉就是把兩個父路徑的部分結構加以替換重組而產生新路徑的操作交法的搜索能力得以飛躍地提高。對于二進制串可采用單點交叉、多點交叉和均勻交叉等交叉方法；對于實數(shù)可以采用離散重組、中間重組和線性重組等方法，變異算子的構造方法：交叉之后是子代的變異，路徑子以很小的概率或步長產生轉變，變量轉變的概率或步長與維數(shù)()成反0.5，遺傳算法就（早熟、局部能力搜索差，還不能保證計算機效率和路徑的可靠性，因此還2090年代，意大利學者M.Dorigo，V.Maniezzao，A.Colorni等人從生物進化的機理中受到群優(yōu)化算法(AntColonyOptimizationAlgorithm簡稱ACOA)。蟻群算法將路徑規(guī)劃看成是帶有一定限制條件的函數(shù)優(yōu)化問題，將蟻群算法（tolonymiztion簡稱）態(tài)物的路徑規(guī)劃問題。在機器人很難路徑規(guī)劃，針對這一問題結合兩步策略、滾動策略等的蟻群路徑規(guī)劃方法被提了來，采用兩步策略進行動態(tài)路徑規(guī)劃，首先用最近鄰居策略和趨近導向函數(shù)法，將目標點映射到機器人視野域附近，用蟻群算法完成局部最優(yōu)路徑搜索，w和螞蟻的個數(shù)N結構相同