面向楼宇环境的移动机器人行为规划技术的研究与应用
发布时间：2021-02-01 21:50
移动机器人技术融合了多门学科,在工业生产、生活服务以及军工行业等都具有广阔的发展前景,目前国内外的研究人员对移动机器人技术的研究正如火如荼地进行着。楼宇环境内移动机器人技术能够广泛应用于室内侦察、救援等任务,因此本文将从移动机器人运动过程中的SLAM、路径规划和路径平滑三个关键行为入手,对其在楼宇环境下的行为规划技术进行了相关的研究。本文的主要研究工作与创新点如下:1、对移动机器人行为规划的平台进行了完整的体系结构和系统框架设计,为本文主要研究工作提供了硬件与平台支撑。建立了移动机器人的运动学模型,并通过大量实验得出了移动机器人转弯角度与转弯半径之间的关系,为后续研究工作提供了数据支撑。2、研究了基于单线激光雷达数据的SLAM算法,利用扩展卡尔曼滤波的方法修正了测量误差,从而构建了更为精准的环境地图,为辅助移动机器人的路径规划提供了准确的环境信息。3、移动机器人的路径规划算法为本文的重点研究内容。首先在原有的栅格化地图上进行了预处理,建立了承载着环境信息的特征地图。然后对传统的规划算法在实际应用中的优劣性进行了对比分析,提出了一种融合D*算法和人工势场法优点的新的混合算法。最后研究了移...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外机器人发展史及发展趋势
1.3 移动机器人涉及的关键技术
1.3.1 环境感知
1.3.2 环境建模
1.3.3 自主导航
1.4 移动机器人的行为规划
1.4.1 国内外研究现状
1.4.2 关键问题
1.5 本文主要研究内容
2 移动机器人的基础研究
2.1 引言
2.2 移动机器人平台
2.2.1 体系结构
2.2.2 系统架构
2.2.3 移动机器人构造
2.2.4 激光雷达传感器简介
2.3 运动学模型
2.3.1 运动方程
2.3.2 转弯半径
2.4 本章小结
3 移动机器人的SLAM
3.1 引言
3.2 扩展卡尔曼滤波
3.2.1 问题描述
3.2.2 扩展卡尔曼滤波原理
3.2.3 扩展卡尔曼滤波算法描述
3.3 实验结果分析
3.3.1 实验场景
3.3.2 实验结果
3.4 本章小结
*算法与人工势场法融合的路径规划">4 基于D*算法与人工势场法融合的路径规划
4.1 引言
4.2 特征地图构建
4.2.1 栅格地图
4.2.2 特征地图
4.3 规划策略
*算法"> 4.3.1 D*算法
4.3.2 人工势场法
4.3.3 融合算法
4.4 策略优化
4.4.1 考虑移动机器人尺寸的优化
4.4.2 考虑移动机器人运动的优化
4.5 实验结果分析与比较
4.5.1 实验场景描述
*算法"> 4.5.2 D*算法
4.5.3 融合算法
4.5.4 算法分析与比较
4.6 本章小结
5 移动机器人的路径平滑
5.1 引言
5.2 B Spline曲线
5.2.1 B Spline曲线简介
5.2.2 B Spline曲线原理
5.3 Bezier曲线
5.3.1 Bezier曲线简介
5.3.2 Bezier曲线原理
5.4 路径平滑策略
5.4.1 转弯模型
5.4.2 局部平滑实验结果与分析
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]未知环境中移动机器人环境感知技术研究综述[J]. 王东署,王佳. 机床与液压. 2013(15)
[2]使用三维栅格地图的移动机器人路径规划[J]. 张彪,曹其新,王雯珊. 西安交通大学学报. 2013(10)
[3]基于启发式算法的路径规划[J]. 张本群. 计算机仿真. 2012(10)
[4]超声红外复合测距系统设计[J]. 张邦成,张玉玲,王昕,韩跃营,姜艳青. 制造业自动化. 2011(14)
[5]用GPU实现双三次Bezier面片逼近Catmull-Clark细分曲面[J]. 王丽珠,刘伟,徐李娜. 计算机应用. 2010(S2)
[6]一种基于双层插值的路径规划及跟踪算法[J]. 梁志伟,马旭东,房芳,朱松豪. 机器人. 2010(06)
[7]三次Bezier曲线的一种双参数扩展及应用[J]. 杭后俊,余静,李汪根. 计算机工程与应用. 2010(31)
[8]粒子滤波器SLAM算法研究[J]. 安婷婷,肖南峰. 计算机仿真. 2010(08)
[9]移动机器人路径规划技术综述[J]. 朱大奇,颜明重. 控制与决策. 2010(07)
[10]基于扩展式卡尔曼滤波的移动机器人未知环境下动态目标跟踪[J]. 伍明,孙继银. 机器人. 2010(03)
博士论文
[1]基于多机器人协作的未知环境下路径探索研究[D]. 石朝侠.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方式研究[D]. 龚毅.南京理工大学 2014
[2]移动机器人SLAM问题研究[D]. 赵一路.复旦大学 2010
本文编号：3013497
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外机器人发展史及发展趋势
1.3 移动机器人涉及的关键技术
1.3.1 环境感知
1.3.2 环境建模
1.3.3 自主导航
1.4 移动机器人的行为规划
1.4.1 国内外研究现状
1.4.2 关键问题
1.5 本文主要研究内容
2 移动机器人的基础研究
2.1 引言
2.2 移动机器人平台
2.2.1 体系结构
2.2.2 系统架构
2.2.3 移动机器人构造
2.2.4 激光雷达传感器简介
2.3 运动学模型
2.3.1 运动方程
2.3.2 转弯半径
2.4 本章小结
3 移动机器人的SLAM
3.1 引言
3.2 扩展卡尔曼滤波
3.2.1 问题描述
3.2.2 扩展卡尔曼滤波原理
3.2.3 扩展卡尔曼滤波算法描述
3.3 实验结果分析
3.3.1 实验场景
3.3.2 实验结果
3.4 本章小结
*算法与人工势场法融合的路径规划">4 基于D*算法与人工势场法融合的路径规划
4.1 引言
4.2 特征地图构建
4.2.1 栅格地图
4.2.2 特征地图
4.3 规划策略
*算法"> 4.3.1 D*算法
4.3.2 人工势场法
4.3.3 融合算法
4.4 策略优化
4.4.1 考虑移动机器人尺寸的优化
4.4.2 考虑移动机器人运动的优化
4.5 实验结果分析与比较
4.5.1 实验场景描述
*算法"> 4.5.2 D*算法
4.5.3 融合算法
4.5.4 算法分析与比较
4.6 本章小结
5 移动机器人的路径平滑
5.1 引言
5.2 B Spline曲线
5.2.1 B Spline曲线简介
5.2.2 B Spline曲线原理
5.3 Bezier曲线
5.3.1 Bezier曲线简介
5.3.2 Bezier曲线原理
5.4 路径平滑策略
5.4.1 转弯模型
5.4.2 局部平滑实验结果与分析
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]未知环境中移动机器人环境感知技术研究综述[J]. 王东署,王佳. 机床与液压. 2013(15)
[2]使用三维栅格地图的移动机器人路径规划[J]. 张彪,曹其新,王雯珊. 西安交通大学学报. 2013(10)
[3]基于启发式算法的路径规划[J]. 张本群. 计算机仿真. 2012(10)
[4]超声红外复合测距系统设计[J]. 张邦成,张玉玲,王昕,韩跃营,姜艳青. 制造业自动化. 2011(14)
[5]用GPU实现双三次Bezier面片逼近Catmull-Clark细分曲面[J]. 王丽珠,刘伟,徐李娜. 计算机应用. 2010(S2)
[6]一种基于双层插值的路径规划及跟踪算法[J]. 梁志伟,马旭东,房芳,朱松豪. 机器人. 2010(06)
[7]三次Bezier曲线的一种双参数扩展及应用[J]. 杭后俊,余静,李汪根. 计算机工程与应用. 2010(31)
[8]粒子滤波器SLAM算法研究[J]. 安婷婷,肖南峰. 计算机仿真. 2010(08)
[9]移动机器人路径规划技术综述[J]. 朱大奇,颜明重. 控制与决策. 2010(07)
[10]基于扩展式卡尔曼滤波的移动机器人未知环境下动态目标跟踪[J]. 伍明,孙继银. 机器人. 2010(03)
博士论文
[1]基于多机器人协作的未知环境下路径探索研究[D]. 石朝侠.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方式研究[D]. 龚毅.南京理工大学 2014
[2]移动机器人SLAM问题研究[D]. 赵一路.复旦大学 2010
本文编号：3013497
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