履带式排爆机器人的路径规划和轨迹跟踪研究
发布时间：2021-05-12 13:24
随着科技的发展,机器人领域已经成为衡量一个国家科学技术创新力和竞争力的重要标志。针对恶性恐怖事件和重大自然灾害等突发事件,能够在搜救、排爆与消防等工作中代替人去执行和完成这些危险任务的特种机器人越来越受到关注。本文以自主移动排爆机器人为研究对象,围绕机器人自主导航中的环境信息感知与重建、路径规划以及轨迹跟踪等问题进行了深入的研究,具体内容如下:首先,分别建立多连杆悬挂履带式运动平台与五自由度机械臂的运动学模型,并基于此构建整个排爆机器人的运动学模型,为后续控制方法的研究奠定了理论基础。其次,环境信息采集与地图创建以及目标位置的识别是路径规划的数据基础。本文采用TOF相机与激光扫描仪相配合的方式实现排爆机器人的环境信息感知,结合激光扫描仪识别范围大和TOF相机近场信息丰富等特点,通过激光扫描仪的点云数据与TOF相机的影像数据融合,采用KCF算法+距离约束的方式,实现地图创建与目标识别。随后,针对路径规划问题,做了以下研究工作:（1）基于TOF相机与激光扫描仪相融合的信息构建栅格地图,从而建立路径规划与轨迹跟踪的环境信息基础。（2）针对A*算法易导致航向抖动的问题,引入航向约束改进A*算法...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文主要研究内容及章节安排
第二章 多连杆悬挂履带式排爆机器人运动学建模与分析
2.1 多连杆悬挂履带式移动机械臂机构
2.1.1 多连杆悬挂履带式运动平台结构
2.1.2 五自由度机械臂设计
2.2 多连杆悬挂履带式移动平台运动学模型
2.2.1 履带式运动平台运动学建模
2.2.2 多连杆悬挂机构建模
2.2.3 多连杆悬挂履带式移动平台的运动学建模
2.3 五自由度机械手运动学建模
2.4 基于多连杆悬挂运动平台的移动机械臂的运动学建模
2.5 本章小结
第三章 基于多传感器的环境感知与重建
3.1 基于激光扫描仪的测量技术
3.1.1 环境点云数据获取
3.1.2 基于点云数据的三维建模
3.2 基于TOF相机的环境信息采集
3.2.1 TOF相机数学模型
3.2.2 TOF相机标定
3.3 基于多传感器融合的环境地图构建与目标识别
3.3.1 TOF相机图像预处理
3.3.2 基于多传感器信息融合的地图构建
3.3.3 复杂环境下的目标识别
3.4 实验与仿真
3.4.1 灰度图像生成实验
3.4.2 复杂环境中的目标识别实验
3.5 本章小结
第四章 基于改进A~*算法的履带式运动平台路径规划
4.1 基于A~*算法的履带式运动平台的路径规划
4.1.1 基于传统A~*算法的履带式运动平台路径规划
4.1.2 基于改进A~*算法的履带式运动平台路径规划
4.2 基于二次B样条的路径曲线平滑
4.3 实验结果仿真分析
4.4 本章小结
第五章 基于混沌双种群遗传算法的关节机械臂轨迹规划
5.1 遗传算法技术
5.2 关节空间轨迹规划的方法
5.2.1 基于五次多项式插值的关节空间估计规划
5.2.2 关节空间的B样条轨迹规划
5.3 关节机械臂的时间最优轨迹问题描述
5.4 双种群遗传混沌优化算法
5.4.1 混沌优化算法
5.4.2 双种群遗传混沌优化算法
5.5 最优时间轨迹规划
5.6 仿真及结果分析
5.7 本章小结
第六章 多连杆悬挂履带式移动机械臂轨迹跟踪
6.1 基于MPC算法的轨迹跟踪
6.1.1 MPC算法原理
6.1.2 模型建立
6.1.3 反馈调节
6.2 轨迹跟踪仿真实验
6.3 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文
发明专利及软件著作权
攻读博士学位期间参加的科研项目
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种反恐驱暴机器人移动载体的设计[J]. 傅建桥,王勇,徐琰,胡斌. 东华大学学报(自然科学版). 2017(04)
[2]基于四次B样条的曲线逼近算法[J]. 陈涵宇,蒋勇. 计算机工程与科学. 2017(08)
[3]三维激光扫描点云数据处理及建模研究[J]. 杨明珠,董燕. 价值工程. 2017(12)
[4]基于MATLAB的有限元模型评估程序设计[J]. 余好文,王轲. 国外电子测量技术. 2016(10)
[5]一种基于改进遗传算法的神经网络优化算法研究[J]. 刘浩然,赵翠香,李轩,王艳霞,郭长江. 仪器仪表学报. 2016(07)
[6]一种基于A*算法的动态多路径规划算法[J]. 刘斌,陈贤富,程政. 微型机与应用. 2016(04)
[7]警用与反恐机器人的现状与趋势[J]. 陈晓东. 机器人技术与应用. 2015(06)
[8]一种基于混合策略的排爆机器人目标抓取轨迹规划[J]. 张云峰,马振书,孙华刚,陆继山. 机床与液压. 2015(21)
[9]排爆机器人发展问题研究[J]. 张少光,丁建,焦涛. 黑龙江科技信息. 2015(28)
[10]基于三次样条插值函数的蛇形机器人轨迹规划[J]. 韩彦肖,彭书华. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2015(03)
博士论文
[1]四足机器人环境感知、识别与领航员跟随算法研究[D]. 张慧.山东大学 2016
[2]排爆机器人遥操作性能研究[D]. 曾建军.上海交通大学 2010
硕士论文
[1]基于模糊力矩的机械臂轨迹跟踪控制方法研究[D]. 李凡.大连理工大学 2016
[2]基于TOF相机的环境智能探测技术研究[D]. 肖瑶.北京交通大学 2016
[3]移动机械臂环境感知与运动规划的研究[D]. 张祥.哈尔滨工业大学 2016
[4]小型排爆机器人移动平台机构设计与运动性能的分析和仿真[D]. 丁豪.东南大学 2016
[5]基于激光与单目视觉融合的机器人室内定位与制图研究[D]. 梁潇.哈尔滨工业大学 2016
[6]六自由度模块化操作臂的运动学分析及轨迹规划[D]. 姜宏超.华东理工大学 2015
[7]基于HOG特征的目标识别算法研究[D]. 尚俊.华中科技大学 2012
[8]反恐排爆机器人控制系统设计[D]. 徐琰.上海交通大学 2010
[9]航天员舱外救生动力学建模与控制技术研究[D]. 林泰明.国防科学技术大学 2009
本文编号：3183493
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文主要研究内容及章节安排
第二章 多连杆悬挂履带式排爆机器人运动学建模与分析
2.1 多连杆悬挂履带式移动机械臂机构
2.1.1 多连杆悬挂履带式运动平台结构
2.1.2 五自由度机械臂设计
2.2 多连杆悬挂履带式移动平台运动学模型
2.2.1 履带式运动平台运动学建模
2.2.2 多连杆悬挂机构建模
2.2.3 多连杆悬挂履带式移动平台的运动学建模
2.3 五自由度机械手运动学建模
2.4 基于多连杆悬挂运动平台的移动机械臂的运动学建模
2.5 本章小结
第三章 基于多传感器的环境感知与重建
3.1 基于激光扫描仪的测量技术
3.1.1 环境点云数据获取
3.1.2 基于点云数据的三维建模
3.2 基于TOF相机的环境信息采集
3.2.1 TOF相机数学模型
3.2.2 TOF相机标定
3.3 基于多传感器融合的环境地图构建与目标识别
3.3.1 TOF相机图像预处理
3.3.2 基于多传感器信息融合的地图构建
3.3.3 复杂环境下的目标识别
3.4 实验与仿真
3.4.1 灰度图像生成实验
3.4.2 复杂环境中的目标识别实验
3.5 本章小结
第四章 基于改进A~*算法的履带式运动平台路径规划
4.1 基于A~*算法的履带式运动平台的路径规划
4.1.1 基于传统A~*算法的履带式运动平台路径规划
4.1.2 基于改进A~*算法的履带式运动平台路径规划
4.2 基于二次B样条的路径曲线平滑
4.3 实验结果仿真分析
4.4 本章小结
第五章 基于混沌双种群遗传算法的关节机械臂轨迹规划
5.1 遗传算法技术
5.2 关节空间轨迹规划的方法
5.2.1 基于五次多项式插值的关节空间估计规划
5.2.2 关节空间的B样条轨迹规划
5.3 关节机械臂的时间最优轨迹问题描述
5.4 双种群遗传混沌优化算法
5.4.1 混沌优化算法
5.4.2 双种群遗传混沌优化算法
5.5 最优时间轨迹规划
5.6 仿真及结果分析
5.7 本章小结
第六章 多连杆悬挂履带式移动机械臂轨迹跟踪
6.1 基于MPC算法的轨迹跟踪
6.1.1 MPC算法原理
6.1.2 模型建立
6.1.3 反馈调节
6.2 轨迹跟踪仿真实验
6.3 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文
发明专利及软件著作权
攻读博士学位期间参加的科研项目
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种反恐驱暴机器人移动载体的设计[J]. 傅建桥,王勇,徐琰,胡斌. 东华大学学报(自然科学版). 2017(04)
[2]基于四次B样条的曲线逼近算法[J]. 陈涵宇,蒋勇. 计算机工程与科学. 2017(08)
[3]三维激光扫描点云数据处理及建模研究[J]. 杨明珠,董燕. 价值工程. 2017(12)
[4]基于MATLAB的有限元模型评估程序设计[J]. 余好文,王轲. 国外电子测量技术. 2016(10)
[5]一种基于改进遗传算法的神经网络优化算法研究[J]. 刘浩然,赵翠香,李轩,王艳霞,郭长江. 仪器仪表学报. 2016(07)
[6]一种基于A*算法的动态多路径规划算法[J]. 刘斌,陈贤富,程政. 微型机与应用. 2016(04)
[7]警用与反恐机器人的现状与趋势[J]. 陈晓东. 机器人技术与应用. 2015(06)
[8]一种基于混合策略的排爆机器人目标抓取轨迹规划[J]. 张云峰,马振书,孙华刚,陆继山. 机床与液压. 2015(21)
[9]排爆机器人发展问题研究[J]. 张少光,丁建,焦涛. 黑龙江科技信息. 2015(28)
[10]基于三次样条插值函数的蛇形机器人轨迹规划[J]. 韩彦肖,彭书华. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2015(03)
博士论文
[1]四足机器人环境感知、识别与领航员跟随算法研究[D]. 张慧.山东大学 2016
[2]排爆机器人遥操作性能研究[D]. 曾建军.上海交通大学 2010
硕士论文
[1]基于模糊力矩的机械臂轨迹跟踪控制方法研究[D]. 李凡.大连理工大学 2016
[2]基于TOF相机的环境智能探测技术研究[D]. 肖瑶.北京交通大学 2016
[3]移动机械臂环境感知与运动规划的研究[D]. 张祥.哈尔滨工业大学 2016
[4]小型排爆机器人移动平台机构设计与运动性能的分析和仿真[D]. 丁豪.东南大学 2016
[5]基于激光与单目视觉融合的机器人室内定位与制图研究[D]. 梁潇.哈尔滨工业大学 2016
[6]六自由度模块化操作臂的运动学分析及轨迹规划[D]. 姜宏超.华东理工大学 2015
[7]基于HOG特征的目标识别算法研究[D]. 尚俊.华中科技大学 2012
[8]反恐排爆机器人控制系统设计[D]. 徐琰.上海交通大学 2010
[9]航天员舱外救生动力学建模与控制技术研究[D]. 林泰明.国防科学技术大学 2009
本文编号：3183493
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3183493.html
