基于ROS的新型全地形轮式移动机器人智能导航设计
发布时间：2021-05-11 15:50
近几十年来,机器人技术蓬勃发展,各类型机器人广泛应用于不同的行业和领域中,极大的提高了生产效率,同时也可替代人在危险环境中作业。传统的移动作业机器人如排爆机器人、野外运载机器人、消防搜救机器人等在行走结构、操控模式、可视化以及模块化等方面还存在缺陷。本文针对复杂环境中的排爆、消防等专用移动机器人的机械结构和自主导航进行研究,设计了新型的轮系行走结构和基于ROS的智能导航实验,实现了机器人自主导航与高效的行走和越障功等相结合,具有重要的研究意义和应用价值。本文针对传统机器人轮式或履带式的行走结构进行分析,设计了一种新型八轮式的移动平台。该平台共四组轮系,每组两个车轮由一个电机驱动,两车轮由齿轮组传动形成二自由度结构。新型的轮系结构使得移动机器人既保持了轮式结构简单快速的优点,又具有攀爬楼梯等良好的越障能力,同时还避免了履带式结构越障中的动态稳定性差的缺点。这些特点对展开自主导航的研究也具有极大的优势。针对机器人在传统的SLAM技术在导航的过程中对障碍物不加区分一味进行避让的缺陷,本文做出了改进。通过将激光雷达的安装高度与机器人的越障能力对应起来,对于矮小的障碍物,一方面二维激光雷达检测不...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究的背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文研究内容及结构
1.4 实验方案
1.5 本章小结
第二章 路探机器人的机械结构和电气结构设计
2.1 机器人结构设计
2.1.1 机械结构
2.1.2 相关参数
2.1.3 运动学分析
2.2 路探机器人的电气结构
2.2.1 主要元器件
2.2.2 电气结构设计
2.3 远程桌面连接
2.4 本章小结
第三章 基于ROS的二维激光雷达自主导航
3.1 ROS简介
3.2 机器人底盘控制
3.2.1 机器人质心运动速度和车轮电机转速的定量转换关系
3.2.2 底层串口通信
3.3 建图和导航
3.3.1 二维激光雷达建立地图
3.3.2 自主导航
3.4 实验:路探机器人在不同高度的障碍物下的自主导航
3.5 本章小结
第四章 基于KINECT的路探机器人智能爬坡
4.1 智能爬坡
4.2 基于Kinect2.0的点云图
4.3 点云库PCL简介以及在ROS下的调用
4.4 通过PCL求取障碍物的坡度
4.4.1 直通滤波
4.4.2 降采样
4.4.3 平面模型分割,并求坡度大小
4.5 导航指令的重载
4.6 实验:路探机器人的智能爬坡实验
4.7 本章小结
第五章 总结和展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ROS与Kinect的移动机器人同时定位与地图构建[J]. 王权,胡越黎,张贺. 计算机应用研究. 2017(10)
[2]基于触控终端的排爆机器人设计[J]. 陈曦,袁建军,胡学甲. 机电一体化. 2016(07)
[3]小型轮/履变结构移动机器人设计及越障分析[J]. 郭文增,姜世公,戴福全,宗成国,高学山. 北京理工大学学报. 2015(02)
[4]基于概率栅格地图的移动机器人可定位性估计[J]. 王炜,陈卫东,王勇. 机器人. 2012(04)
[5]基于无线通信的移动机器人远程控制系统[J]. 吕常智,姚志科. 煤矿机械. 2012(03)
[6]狭窄环境中基于几何法的全局路径规划新方法[J]. 刘亚杰,王航宇,谢君. 海军工程大学学报. 2010(04)
[7]基于Modbus协议的通讯集成技术研究[J]. 史运涛,孙德辉,李志军,刘大,凡杰,李晓硕. 化工自动化及仪表. 2010(04)
[8]轮式移动机器人研究综述[J]. 朱磊磊,陈军. 机床与液压. 2009(08)
[9]基于Modbus TCP/IP通信的实现[J]. 王可鹏. 电脑知识与技术. 2008(30)
[10]基于无线网络的嵌入式机器人控制系统[J]. 孙波,李文锋,李斌,杨小铸. 微计算机信息. 2008(26)
硕士论文
[1]基于RGB-D摄像机的同步定位与建图研究[D]. 辛冠希.哈尔滨工业大学 2016
[2]基于ROS的移动机器人导航技术研究[D]. 李志雄.西南科技大学 2016
[3]基于激光雷达的室内外巡检移动机器人原型设计与实现[D]. 刘博.西南交通大学 2015
[4]基于Kinect机器人导航系统设计[D]. 徐小根.南京邮电大学 2015
[5]多功能智能移动机器人控制系统设计与分析[D]. 阮见.南京理工大学 2008
本文编号：3181681
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究的背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文研究内容及结构
1.4 实验方案
1.5 本章小结
第二章 路探机器人的机械结构和电气结构设计
2.1 机器人结构设计
2.1.1 机械结构
2.1.2 相关参数
2.1.3 运动学分析
2.2 路探机器人的电气结构
2.2.1 主要元器件
2.2.2 电气结构设计
2.3 远程桌面连接
2.4 本章小结
第三章 基于ROS的二维激光雷达自主导航
3.1 ROS简介
3.2 机器人底盘控制
3.2.1 机器人质心运动速度和车轮电机转速的定量转换关系
3.2.2 底层串口通信
3.3 建图和导航
3.3.1 二维激光雷达建立地图
3.3.2 自主导航
3.4 实验:路探机器人在不同高度的障碍物下的自主导航
3.5 本章小结
第四章 基于KINECT的路探机器人智能爬坡
4.1 智能爬坡
4.2 基于Kinect2.0的点云图
4.3 点云库PCL简介以及在ROS下的调用
4.4 通过PCL求取障碍物的坡度
4.4.1 直通滤波
4.4.2 降采样
4.4.3 平面模型分割,并求坡度大小
4.5 导航指令的重载
4.6 实验:路探机器人的智能爬坡实验
4.7 本章小结
第五章 总结和展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ROS与Kinect的移动机器人同时定位与地图构建[J]. 王权,胡越黎,张贺. 计算机应用研究. 2017(10)
[2]基于触控终端的排爆机器人设计[J]. 陈曦,袁建军,胡学甲. 机电一体化. 2016(07)
[3]小型轮/履变结构移动机器人设计及越障分析[J]. 郭文增,姜世公,戴福全,宗成国,高学山. 北京理工大学学报. 2015(02)
[4]基于概率栅格地图的移动机器人可定位性估计[J]. 王炜,陈卫东,王勇. 机器人. 2012(04)
[5]基于无线通信的移动机器人远程控制系统[J]. 吕常智,姚志科. 煤矿机械. 2012(03)
[6]狭窄环境中基于几何法的全局路径规划新方法[J]. 刘亚杰,王航宇,谢君. 海军工程大学学报. 2010(04)
[7]基于Modbus协议的通讯集成技术研究[J]. 史运涛,孙德辉,李志军,刘大,凡杰,李晓硕. 化工自动化及仪表. 2010(04)
[8]轮式移动机器人研究综述[J]. 朱磊磊,陈军. 机床与液压. 2009(08)
[9]基于Modbus TCP/IP通信的实现[J]. 王可鹏. 电脑知识与技术. 2008(30)
[10]基于无线网络的嵌入式机器人控制系统[J]. 孙波,李文锋,李斌,杨小铸. 微计算机信息. 2008(26)
硕士论文
[1]基于RGB-D摄像机的同步定位与建图研究[D]. 辛冠希.哈尔滨工业大学 2016
[2]基于ROS的移动机器人导航技术研究[D]. 李志雄.西南科技大学 2016
[3]基于激光雷达的室内外巡检移动机器人原型设计与实现[D]. 刘博.西南交通大学 2015
[4]基于Kinect机器人导航系统设计[D]. 徐小根.南京邮电大学 2015
[5]多功能智能移动机器人控制系统设计与分析[D]. 阮见.南京理工大学 2008
本文编号：3181681
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