地面无人平台自主导航避障系统的研究与实现

发布时间：2021-04-24 07:19

　　地面无人平台的自主导航技术在许多领域取得了广泛的应用,尤其是在一些高压、高温、带有放射性的危险作业场景中可以替代人力来完成任务。这种场景下需要无人平台在未知的环境中能够通过对周围环境的感知来完成导航工作。目前,该技术的许多环节仍存在的改进的空间。本文以面向室外非结构化场景的地面无人平台为对象,重点研究了基于多线激光雷达的地图构建方法、动态环境下导航路径规划方法以及路径跟踪与控制方法。首先,基于激光雷达的同时定位与建图部分采用了LeGO-LOAM算法,该算法对常用的LOAM算法进行了改进。通过点云分割聚类、点云降采样、特征点筛选与空间分配等处理,减少了激光里程计中匹配过程的迭代计算量,使得建图算法可以适应更复杂的环境。通过对点云与地图特征点的匹配,得到更为准确的位姿估计结果。根据该结果校正点云,完成点云地图的构建与更新。其次,在已有导航地图的前提下,规划出无人平台到达目标点的路径。通过理论与仿真比较了A*算法与Dijsktra算法的优缺点,并选用A*算法作为全局路径规划算法。对于动态环境下的局部路径规划问题,本文改进了传统的人工势场法,并分析了局部极小值点、动态障碍物约束等情况。最后介绍... 

【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】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 地面无人平台研究的发展概况
        1.2.1 国外地面无人平台发展现状
        1.2.2 国内地面无人平台发展现状
    1.3 同时定位与建图技术
    1.4 导航路径规划技术
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 多线激光雷达的定位与地图构建
    2.1 引言
    2.2 LEGO-LOAM算法
    2.3 点云分割与聚类
    2.4 特征点提取与点云配准
        2.4.1 点云特征点提取
        2.4.2 点云特征点匹配
        2.4.3 Levenberg-Marquardt优化
    2.5 激光雷达里程计
    2.6 定位优化与地图构建
    2.7 激光雷达建图实验
    2.8 本章小结
第3章 栅格地图下的导航路径规划研究
    3.1 引言
    3.2 栅格地图的构建
    3.3 全局路径规划算法
    3.4 局部路径规划算法
        3.4.1 传统人工势场法
        3.4.2 改进人工势场法
        3.4.3 局部极小值点问题
        3.4.4 动态障碍物约束
    3.5 混合路径规划算法
    3.6 本章小结
第4章 地面无人平台路径跟踪与底层控制
    4.1 引言
    4.2 地面无人平台运动学建模
    4.3 地面无人平台的路径跟踪控制
        4.3.1 模型预测控制
        4.3.2 增量线性时变模型的建立
        4.3.3 增量线性模型预测控制器设计
        4.3.4 稳定性分析
    4.4 路径跟踪仿真
    4.5 地面无人平台的底层控制
    4.6 本章小结
第5章 地面无人平台自主导航系统的实验验证
    5.1 引言
    5.2 无人平台硬件系统搭建
    5.3 同时定位与建图实验
    5.4 无人平台自主导航系统实验
        5.4.1 Gazebo仿真环境搭建
        5.4.2 导航路径规划仿真
        5.4.3 MPC路径跟踪仿真
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]移动机器人改进人工势场的路径规划方法研究[J]. 杨凯,龙佳,马雪燕,余中政.  现代电子技术. 2020(07)
[2]基于增量线性模型预测控制的无人车轨迹跟踪方法[J]. 邹凯,蔡英凤,陈龙,孙晓强.  汽车技术. 2019(10)
[3]改进人工势场法自主移动机器人路径规划[J]. 罗强,王海宝,崔小劲,何晶昌.  控制工程. 2019(06)
[4]未知环境下基于行为的机器人模糊路径规划方法[J]. 付宜利,靳保,王树国,曹政才.  机械工程学报. 2006(05)
[5]移动机器人导航技术现状与展望[J]. 王志文,郭戈.  机器人. 2003(05)
[6]移动机器人的发展现状及其趋势[J]. 徐国华,谭民.  机器人技术与应用. 2001(03)



本文编号：3156936