对抗场景下移动机器人信息处理与系统设计
发布时间：2021-01-11 20:40
移动机器人综合了计算机科学、自动控制理论、机器人学等诸多专业内容,传感器与执行器种类多而杂,其信息处理算法的优劣将直接影响系统整体性能表现。多机器人对抗场景下需要提取多个目标的信息,更高的精确和稳定性要求给信息处理算法提出了挑战,是目前机器人研究领域中关注的热点之一。本文主要研究对抗场景下移动机器人的信息处理与控制系统设计,主要研究内容如下:首先,设计了系统综合框架,建立了麦克纳姆轮运动模型、IMU测量模型、相机成像模型和激光雷达模型,给出了机器人位姿估计与目标轨迹跟踪预报问题描述。其次,针对IMU数据处理问题,给出了误差标定和姿态更新算法;针对编码器角速度估计问题,提出了"T"法速度计算、非线性补偿和滤波算法;提出了基于Kalman滤波的IMU和里程计融合估计估计算法,利用滤波残差信息给出了车轮打滑检测和最大扭矩识别算法。然后,针对多相机配置给出了一种图像拼接算法;针对多目标跟踪问题,给出了基于概率多假设法的数据关联算法;考虑目标丢失或者增加问题,给出了一种基于Bayes轨迹确定算法的起始与停止跟踪算法;针对目标命中点预测问题,设计了基于卡尔曼滤波器的轨迹平滑与预报算法;考虑多源异构...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
麦克纳姆轮移动平台近年来，传感器技术也在高速发展
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-13-算法受到自身运动影响，还需要引入自身状态的估计信息进行补偿。3)云台与底盘控制算法：发送指令控制云台和底盘按照期望的轨迹运动。云台控制角度指令使用预测命中点算法生成；底盘控制指令使用轨迹优化算法生成，并进行最大扭矩限幅防止打滑。2.4模型建立合适的模型可以有效提高数据处理效果和控制精度。本节将建立机器人和相关传感器的数学模型，是后续数据处理、滤波和控制的基矗2.4.1麦克纳姆轮运动模型麦克纳姆轮如图2-2所示，主要结构包含辊子(roller,黑色部分)和轮毂(蓝色部分)。多个辊子以相等间距安装在轮毂外圈。每个辊子的外廓线都与麦克纳姆轮的理论圆周相切，辊子各自沿自身轴线转动，轴线与麦克纳姆轮轮廓线通常成45°夹角。图2-2麦克纳姆轮麦克纳姆轮机器人底盘的运动模型如图2-3所示：
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-39-而分辨率在图像的外围区域显著降低。使用鱼眼相机的主要优势在于，大其能提供的场景视野（FOV）远大于普通相机。图4-1相机镜头畸变效果设输入图像为A，其图幅为Umax*Vmax（宽*高，例如1920*1080），坐标系为UV坐标系，以图像左上角为原点（同OpenCV），如图4-2所示。图4-2输入图像设输出图像为B，其图幅为Xmax*Ymax（宽*高，例如640*480），坐标系为XY坐标系，以图像左上角为原点（同OpenCV），如图4-3所示。图4-3输出图像1)光心误差模型UVOUmaxVmaxAXYOXmaxYmaxB
【参考文献】：
期刊论文
[1]全景图中投影模型与算法[J]. 田军,孟祥娟,王萍. 计算机系统应用. 2013(05)
[2]微机械陀螺温度系数的快速标定方法[J]. 罗兵,吴美平,尹文,曹聚亮. 传感技术学报. 2010(10)
[3]Mecanum四轮全方位系统的运动性能分析及结构形式优选[J]. 王一治,常德功. 机械工程学报. 2009(05)
[4]MEMS微惯性测量组合标定技术研究[J]. 李杰,洪惠惠,张文栋. 传感技术学报. 2008(07)
[5]一种基于MEMS的微惯性测量单元标定补偿方法[J]. 孙宏伟,房建成,盛蔚. 北京航空航天大学学报. 2008(04)
[6]GPS/IMU组合导航系统中杆臂效应分析（英文）[J]. 何秀凤,刘建业. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronau. 2002(01)
[7]模糊自适应卡尔曼滤波技术研究[J]. 柏青,刘建业,袁信. 航天控制. 2002(01)
[8]微型惯性测量组合标定技术[J]. 任大海,顾启泰,毛刚,尤政,刘学斌. 清华大学学报(自然科学版). 2001(08)
[9]H∞滤波算法及其在GPS/SINS组合导航系统中的应用[J]. 岳晓奎,袁建平. 航空学报. 2001(04)
[10]摄像机图像序列的全景图拼接[J]. 漆驰,刘强,孙家广. 计算机辅助设计与图形学学报. 2001(07)
博士论文
[1]航天器相对导航中的非线性滤波问题研究[D]. 魏喜庆.哈尔滨工业大学 2013
[2]MEMS-IMU误差分析补偿与实验研究[D]. 代刚.清华大学 2011
硕士论文
[1]MIMU微惯性测量单元误差建模与补偿技术[D]. 尹文.国防科学技术大学 2007
本文编号：2971445
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
麦克纳姆轮移动平台近年来，传感器技术也在高速发展
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-13-算法受到自身运动影响，还需要引入自身状态的估计信息进行补偿。3)云台与底盘控制算法：发送指令控制云台和底盘按照期望的轨迹运动。云台控制角度指令使用预测命中点算法生成；底盘控制指令使用轨迹优化算法生成，并进行最大扭矩限幅防止打滑。2.4模型建立合适的模型可以有效提高数据处理效果和控制精度。本节将建立机器人和相关传感器的数学模型，是后续数据处理、滤波和控制的基矗2.4.1麦克纳姆轮运动模型麦克纳姆轮如图2-2所示，主要结构包含辊子(roller,黑色部分)和轮毂(蓝色部分)。多个辊子以相等间距安装在轮毂外圈。每个辊子的外廓线都与麦克纳姆轮的理论圆周相切，辊子各自沿自身轴线转动，轴线与麦克纳姆轮轮廓线通常成45°夹角。图2-2麦克纳姆轮麦克纳姆轮机器人底盘的运动模型如图2-3所示：
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-39-而分辨率在图像的外围区域显著降低。使用鱼眼相机的主要优势在于，大其能提供的场景视野（FOV）远大于普通相机。图4-1相机镜头畸变效果设输入图像为A，其图幅为Umax*Vmax（宽*高，例如1920*1080），坐标系为UV坐标系，以图像左上角为原点（同OpenCV），如图4-2所示。图4-2输入图像设输出图像为B，其图幅为Xmax*Ymax（宽*高，例如640*480），坐标系为XY坐标系，以图像左上角为原点（同OpenCV），如图4-3所示。图4-3输出图像1)光心误差模型UVOUmaxVmaxAXYOXmaxYmaxB
【参考文献】：
期刊论文
[1]全景图中投影模型与算法[J]. 田军,孟祥娟,王萍. 计算机系统应用. 2013(05)
[2]微机械陀螺温度系数的快速标定方法[J]. 罗兵,吴美平,尹文,曹聚亮. 传感技术学报. 2010(10)
[3]Mecanum四轮全方位系统的运动性能分析及结构形式优选[J]. 王一治,常德功. 机械工程学报. 2009(05)
[4]MEMS微惯性测量组合标定技术研究[J]. 李杰,洪惠惠,张文栋. 传感技术学报. 2008(07)
[5]一种基于MEMS的微惯性测量单元标定补偿方法[J]. 孙宏伟,房建成,盛蔚. 北京航空航天大学学报. 2008(04)
[6]GPS/IMU组合导航系统中杆臂效应分析（英文）[J]. 何秀凤,刘建业. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronau. 2002(01)
[7]模糊自适应卡尔曼滤波技术研究[J]. 柏青,刘建业,袁信. 航天控制. 2002(01)
[8]微型惯性测量组合标定技术[J]. 任大海,顾启泰,毛刚,尤政,刘学斌. 清华大学学报(自然科学版). 2001(08)
[9]H∞滤波算法及其在GPS/SINS组合导航系统中的应用[J]. 岳晓奎,袁建平. 航空学报. 2001(04)
[10]摄像机图像序列的全景图拼接[J]. 漆驰,刘强,孙家广. 计算机辅助设计与图形学学报. 2001(07)
博士论文
[1]航天器相对导航中的非线性滤波问题研究[D]. 魏喜庆.哈尔滨工业大学 2013
[2]MEMS-IMU误差分析补偿与实验研究[D]. 代刚.清华大学 2011
硕士论文
[1]MIMU微惯性测量单元误差建模与补偿技术[D]. 尹文.国防科学技术大学 2007
本文编号：2971445
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