生重大项目-zd1711申书2017年度科研项目

成绩名利前茅，位列专业前8名，保送到东学继续进行学习。在大优秀学生、优秀团标兵等荣誉称号。在课余时间，积极参与了各科竞赛，获得两次大学生英语竞赛二等奖、大学生数学建模竞赛辽宁省二等奖、大学生数学建模竞赛二等奖等。此外，2015年曾作为参与东同学，担任信息科学与学生会。他在大学期间成绩东学优秀学生两次，优秀学生一次。在课余时间，他积极参与了各项设计大赛最受欢迎奖等。此外，还曾中国一篇（基于潮汐能实现（80000元经费资助。竞赛，曾获得大学生智能汽车竞赛东北赛区双车组二等奖，也曾参加辽宁“类竞赛中积累了丰富的实践与团队合作经验。希望能通过的锻炼接触到新同学，来自信息科学与自动化专业。曾获东学三等二、立项背2.1相关研究背景与选题依真实生活中的机器人与科幻中的机器人是有很大不同的。以机器人的供电为例,中的机器人总是由核能或者是有能供电它们完全充一次电后，两三天才慢慢耗尽电量。而实际上，能电池无法为机器人的马达提供足够的动力,同时它也没有能量的能力核电源民用普及率很低大多是在军事上国家顶级机器人试验项目。现实生活中，大部分内置电源的实用机器20却于时代。总体来说,今天的电池在尺寸和重量上没有大的突破,充电时间也仍需数个小时。我们项目的目的就是要找到最优的节能方式给机器人供电，保证机器人能够长时间续航运作。人系统出色的完成了科学任务。我国也于近年来在该领域不断取得新的研195819于1973年开始了光伏电池的发电应用，于1979年制造出了自己的单晶娃！！2.2国内外发展现（1）能的研下自主工作机器人的能源供给问题，主要应用有能空间探索机器人能极地探索机器人能水下机器人及能农用机器人等几个方面。CCD在能极地探索机器人研究方向，也可看到空间探索机器人的，其中卡内基梅隆大学（CMU）研制的“流浪者（Nomad）机器人就在南极地区开展实验研究。Nomad机器人在2000年被应用在南极地区搜寻陨石任2005能光伏发电和水平轴风力发电互补的方案。在Nomad的基础上卡内基梅隆大学（CMU）进行了轻量化设计改进，研制了Hyperion能极地探测机器人该机器人采用了3.45平方米的能光伏扳作为动为能源，质量约为5kg，大大节约了成本。为适应南极地区低高度角环境能光伏板几乎垂直角度人。该机器人高1.8米，质量约为360kg，平均速度2km/h，装有两部水平轴风和分析达特茅斯学院（DartmouthCollege）研制了基于光伏发电动，，，，，，，，CoolRobot150Ｎ内工作负载在南极地区开展科研工作。CoolRobot2013源，可耐受月球表面强福射、大温差变化等环境。月球车可越过20cm髙障碍物并爬上20°的斜坡，装有红外成像光谱仪、全景相机、测月等科学仪（2）激光能的研的创新近轰大学河岛信树教授的研究小组在实验中成功使用激光驱动机器人这种机器人搭载有块能电池,在离机器人米的距离,可用波长纳米的半导体激光照射机器人的能电池板,电池板就可以发出功率为瓦的电力,使电站和化学污染严重的场所,对正在作业的机器人更换电池有一定,而用激（4）化学能电池的研对化学能领域的研究,主要集中在对电池的研究。2005年6月30日,斯比西斯公司在东京展示世界上第一种以电池为动力的机器人`这台机器人高50厘米、重4.2公斤,内置一个氢罐。与充电需要数小时的常规电池相比,电池以电池盒形式使用,更换容易。斯比西斯公司说,作为将来操作机器人的能源,电池属于一种有前途的材料。机器人更适于通过电池盒获得,使它们看起来好像在吃饭,而不是让电池充电。据悉,这款机器人的定价为250万日元,是此前使用传统镍氢电池机器人价格的5倍。斯比西斯公司一直从事于电池驱动双足步行机器人的研究,该公司在“斯比西斯”的机器人电池系统的构成方面付出了很大的努力,主要目标是要达到输出功率达到可以装载电池等重物,并可在较大范围内工作,使机器人达到了实用水2.3目前国内的机器人供能的不足之（1）机器人行走的路径规划或规划不合理，导致无意义耗能增定的移动算法，如三角形、五边形轨迹尝试性的覆盖作业区，如果遇到，则执行对应的转向函数。其代表是iRobot公司研发的iRobotRoomba3-8系iAdaptAIRoombaRoomba范围、高度、转速、电流大小、阻力等参数，计算出前方物大致形状，再经RoombaRoomba60次的速度计算周边物的情况，同时根据所处环境做出40余种清扫动作，如殊。且无论其算法优劣，其都是“随机，这就不可避免地造成了能源的浪够在工作空间顺利地通行而不碰到任何物完全遍历路径规划是一种在二维（2）间续航运行，并且对电力能源消耗较多。机器人是人类最具代表性的高新技术之一,其发展涉及计算机技术、自自主机器人是一种能够通过传感器感知外界环境和自身状态,实现在有测以及一些人类本身所不能进入的或高温环境的作业中,有着极其广泛的应用前景随着机器人应用场合拓宽的同时,这些机器人都着一个共同的问题，这是自主机器人实现任务需要解决的关键技术之一目前国内外的研究大多及技术,路径规划,控制策略,识别,视觉伺服等方面,而现阶段关于时间长、使用短等缺点,同样,不利于机器人多方面的应用。所以,进行机器2.4意1、利用再生能源缓解能源实现环保：中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平大约只有世界总储量的10%能是人类取之不尽用之不竭可再生能源具有充分的清洁性安全性相对的广泛性确实的长和免性资源的充足性及潜在的经济性等优点在长期的能源中具有重要地位。2.5可行性分3在项目进行的同时可以从课题组寻求电气工程及其自动化，新能源研究课题组有研究该方向的11人，有着坚实的理论和实践基础。有一定基础上进行创新的。4、传感器技术的发展与MCU计算力的不断提高为路径规划与定位相关参考文[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].能与高亮LED的集成应用[J].应用能源技术,2007,6:25-[4]JoachimBenemann.Building-integratedPVmodules[J].SolarEnergyMaterials&SolarCells,2001,67:345-354.[5].能光伏发电系统的研究[D].青岛：青岛大学自动化[6]KennethJ.Kelly,MarkMihalie,MatthewZolot.BatteryUsageandThermalPerformanceoftheToyotaPrius [7]，王斯化我国光伏发电进展化乾1999，(4)：7—人技术与应用，2008（3：5—三、实施内容与总两个不同学科的研究重点：新能源（本项目主要采用了能光伏发电技术）1新能源供电部本项目提出利用高效独立的能光伏供电装置作为路径规划机器人装置设计，按照能光伏供电装置提供电源方式与路径规划机器人装置组合形式的不同，提出能光伏路径规划机器人系统的直流设计方案，以满足普遍应2光伏充电系1、工作模式及工作流图3所示系统包风光互补发电系统220V交流电网由全桥式高频DC/DC工作原理如下：首先，控制器通过电压电流传感器风光互补发电系统的输的可发电量和发电潜力，同时智能车车充电系统的输出电压电流，分析智4所示。逆220V电 器 充电及风光互补量回 主电 风光互补及电网 时供电进行充能量回馈 智能车充 无充电风光互补风光互补发电系 控制部 子控制部 电能量回充电系统控电源部 智能车充电系统主电路及其控制器部分 输出部3初始化数据信息并进行相关计算是否满 是否需要智充电需要 汽车放电能量回馈子控 充电子 能量回馈子部分（电网参 制部分（能供电 制部 回馈4能量回馈的双向变换的主电路设计方案，用方式卸载实现能量回馈，提3.1.2控制器的设计与使过充控制电路中将继电器J1的开关串联在充电电路中，当白天有光处于正常充电状态时，由能板吸热经继电器开关常闭点向蓄电池充电，若电池的电压高于26V时，认为蓄电池处于过充状态，UIA“-”端电压高于“+”端电压时，UIA输出“-”低电平，使Q1截止，同时Q2导通，继电器线图J1通电，J2态时，放电电路正常工作。在晚上由蓄电池向负载供电时，当蓄电池的电压低22V时，认为蓄电池处于过放状态，此时UIB“”端电压低于其“”端电压时，UIB输出“”低电平，使3截止，同时4J2通电，继电器开关由常闭点转到常开点，放电电路就断开，过放指示灯亮停止向负载图 控制器电3.1.3蓄电池充放电管理技充电电流/电14过充 13恒流充浮 电压曲额定电流电流曲涓流充充电时间四模式充电状态曲610.5V，充电器将用预先设定的涓10.5V时立即转入大电流快速充电。如果电池电压在充电周期开始就高于其阈值电压时，则跳过涓流充电直接进入大电流快速充电模式。里，电池电量迅速地恢复。当电池电压上升到过充电压(Voc)14.5V时，大电流过充电：从大电流充电状态直接转入浮充状态，电池容量只能恢复到额定8090%100%,充电过程实质上已经完成，充电器转入浮充状态。阈值电流一般等于最大允许充电电流1/5。浮充电：主要用于补充电池自身放电所消耗的电量。在浮充电模式下，充1030mA，用以补90%器将转入大电流充电状态，使上述充电过程重新开始。这种多模式充电法综合100%电源模 分压电 DC/DC电 充电控电 蓄电 分压电 MOFSET 放电控77所示。DSP完成对充放电各个过程的控制，主要包括对蓄电池充电电压的采样、充电3.1.4电能质量、保护与优来电流参数。电流互感器可以自己绕制也可以从市场上现成产品。电压参数一般是输出电压经过分压后送到控制电路部分，在这里也采用因为功率器件损坏而造成严重。保护措施主要包括：输入过压保护，输入 上进行系统仿真与可行性分风光发电系统、蓄电池、Buck-Boost双向变换器的工作原理，在Mutltisim和/上搭建相应的模型，并通过输入相关的数据，从而进行能量流实物搭建移动双向充电桩硬件平元、蓄电单元、DSP电池进行供电，蓄电单元用于发电单元供给后多余的电能，DSP控制单元用于发电单元的状态参数，判断所述发电单元所处的状态，若发电单元处单元的输出端与充电桩，DSP控制单元与蓄电单元连接。机器人设计部机械硬件设计划用智能车竞赛中的C型车模作为实验平台，拥有双电机与舵机的车模驱动电路一块集成电路板为C型车模实现各种功能，电路板上使用恩智浦公司K64系列MCU，可以满足智能车双电机运行，电路板上做有电流闭环模块，波避障模块以及头的接口。各模块原理图如下所示。图8头模块原理910PCB识别传感器的选计划运用头进行空间的识别建立地图导航与大致路径规划，同时配合路径优化控制算性的覆盖作业区如果遇到则执行对应的转向函数其代表是iRobot公司研发的iRobotRoomba3-8系列产品。采用的是iAdapt智能化清扫技术的等等组成，通过Roomba的硬件传回的信息，iRobot等参数，计算出前方物大致形状，再经过软件的处理运算，得出的结果就是Roomba下一步清洁方式，Roomba以每秒60次的速度计算周边物的情iRobot采用面积模糊判定算法，根据房间面积自动设定清扫时长。和路径规划不同的是，Roomba开始收集算法估算所需的两个重要参数：单次行进距就调头则间接代表房间面积较小。每次碰撞Roomba都能收集到相关信息，单较大，且综合来看能源利用率是较低的。故本项目放弃了这法，采用了机器人缩为一个点，而环境中的物边界做相应的扩展及模糊化处理。采用空间中，或者在物空间中。这种方法的特点易于实现，为路径规划的实现带来了很多方便，具有表示不规则物的能力；其缺点存在着时空开销与精度之间的，栅格的大小直接影响着环境信息量的大小和规划时间的长短。栅格划分大了，环境信息量就小了，规划时间短，分辨率下降，在密发现路径的能力强，但环境的量大。所以栅格的大小直接影响着控制算法四、项目的特色与创新之随着全球能源和环境污染问题的日益严重，开发利用可再生新能源势在必行，世界各国已经把开发利用可持续新能源作为未来的能源发展。随器人设计作为研究对象。随着全球能源和环境污染问题的日益严重，开发的能源发展。为了让本项目研究对象能够更好的完成已经规划好的路径，并且希望其能够地完成任务，我们设计了基于新能源供电的路径规划机器（1）项目特）的新能源为研究方向，将路径规划机器人供电作为研究对象。新型的新能源系统，该系统利用了能资源，具有较高性价比的一种新型发电装置的运行和控制系统设计作为主要研究内容。动力电池是机器人供电的关键构成之一，其充电方式和循环对机器人较大，会缩短电池的周期，增加供电系统的使用成本。因此，常规充电将值和应用发展前景。（2）项目创新之)了光伏发电绿色、节能环保的特点。放，与生态环境和谐，符合经济社会可持续发展；所发电能馈入电网，以电网为储能装置，省掉蓄电池，比独立能光伏系统的建设投资可减少达就近就地分散发供电，进入和退出电网灵活，既有利于增强电力系统抵御和的能力，又有利于改善电力系统的负荷平衡，并可降低线路损耗；可起联网能光伏系统是世界各发达国家在光伏应用领域竞相发展的热点和重点，是世界能光伏发电的主流趋势，市场巨大，前景广阔；结构简单，随车移动，同时给车身铺设光伏板，让电动汽车随时随地甚至行车过程中便能给动力电池充电。传统方式下，光伏发电时光伏板固定在立杆上，而本项目光伏发电使实际充电曲线拟合电池的最佳充电曲线。同时拟采用反推控制相结合的控制方法，给四阶段快速稳定充电提供保障。以使充电桩的充电速率和稳定性大幅提高。D）采用较为先进的路径规划算法，最大程度避免无意义的能机、自适应搜索算法。由于其思想简单、易于实现以及表现出来的健壮性，器学习、智能控制、模式识别和等领域取得了许多令人鼓舞的成就所不同解决办法构成了大量的基于遗传算法的路径规划算法因为遗传算法要对路径进行编码，因此环境表示的方法将直接影响到路径的表(凸)将环境中可行区域用自由图表示这样整个环境就可以用图中的各个点来表示。路径编码的解决方法经典的遗传算法使用二进制串来表示种群中的，因此许多基于遗传算法的路径规划也采用二进制串来表示路径，串中的每一位代表环境中表示的一个单位。但个的适应度值来进行搜索。因此适应度函数的选取至关重要，直接影路径规划的目标一般是对从起点到终点的可行路径选取时间最短或长度最短的中的适应度及其分布。路径选择概率的常用分配办法有：局部选择法、锦标赛选择法等。不管采用哪种选择方法都要体现出适应度高的路径要得到的机会进入新一轮循环的思想交叉算子的构造方法交叉就是把两个父路径的部分结构加以替换重组而产生新路径的操作交法的搜索能力得以飞跃地提高。对于二进制串可采用单点交叉、多点交叉和均匀交叉等交叉方法；对于实数可以采用离散重组、中间重组和线性重组等方法，变异算子的构造方法：交叉之后是子代的变异，路径子以很小的概率或步长产生转变，变量转变的概率或步长与维数()成反0.5，遗传算法就（早熟、局部能力搜索差，还不能保证计算机效率和路径的可靠性，因此还2090年代，意大利学者M.Dorigo，V.Maniezzao，A.Colorni等人从生物进化的机理中受到群优化算法(AntColonyOptimizationAlgorithm简称ACOA)。蚁群算法将路径规划看成是带有一定限制条件的函数优化问题，将蚁群算法（tolonymiztion简称）态物的路径规划问题。在机器人很难路径规划，针对这一问题结合两步策略、滚动策略等的蚁群路径规划方法被提了来，采用两步策略进行动态路径规划，首先用最近邻居策略和趋近导向函数法，将目标点映射到机器人视野域附近，用蚁群算法完成局部最优路径搜索，w和蚂蚁的个数N结构相同