自主跟随机器人的研究与设计
发布时间：2021-05-20 12:23
随着人工智能的快速发展,服务机器人受到了越来越广泛的关注,人们对服务机器人的需求日益增加,自主跟随机器人作为服务机器人中的重要一员也日益受到重视。本文基于ROS系统设计的自主跟随机器人,能够实现目标跟随、同时定位与建图（SLAM）以及路径规划等功能。本文的研究内容主要分为以下三个方面:1、研究了基于激光雷达的同时定位与建图技术。首先,分析了栅格地图的占据原理,对Hector算法的地图获取和扫描匹配两个过程进行理论推导,构建出室内环境地图;其次,对基于粒子滤波的Gmapping算法进行研究,详细分析了位姿估计的步骤,并对融合了里程计信息和激光雷达观测信息的建议分布函数进行推导,在相同的室内环境中构建地图;最后,通过对比分析两种算法构建出的地图,得出添加里程计信息的Gmapping算法构建出的地图更加完整准确,选定该算法进行地图构建为后续路径规划做准备。2、研究了跟随机器人的路径规划技术,对动态窗口算法提出改进。在全局路径规划方面,对A*算法和Dijkstra算法进行原理推导,在相同环境中进行实验对比,并选定效率较高的A*算法;在局部路径规划方面,对动态窗口算法（DWA算法）的评价函数做出...
【文章来源】：曲阜师范大学山东省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 SLAM技术的研究现状
1.2.2 跟随机器人的研究现状
1.3 论文章节安排
第2章 自主跟随机器人平台搭建
2.1 系统功能需求分析
2.2 RGBD相机选型
2.2.1 理想相机模型
2.2.2 实际相机模型
2.3 激光雷达选型
2.4 ROS操作系统
2.5 本章小结
第3章 基于激光雷达的SLAM算法研究
3.1 地图的表达形式
3.2 栅格地图的占据原理
3.3 Hector SLAM算法
3.4 Gmapping SLAM算法
3.4.1 基于Rao-Blackwellized粒子滤波的SLAM算法
3.4.2 改进Rao-Blackwellized粒子滤波的Gmapping算法
3.5 实验对比分析
3.6 本章小结
第4章 机器人的路径规划算法研究
4.1 全局路径规划算法研究
4.1.1 Dijkstra算法
4.1.2 A~*算法
4.1.3 实验结果对比
4.2 局部路径规划算法研究
4.2.1 DWA算法
4.2.2 基于全局最优路径的改进DWA算法
4.3 实验结果分析
4.4 本章小结
第5章 多信息融合目标跟随算法研究
5.1 经典跟随算法
5.1.1 Meanshift算法
5.1.2 Camshift算法
5.2 融合深度信息的Camshift算法
5.2.1 前景分割
5.2.2 融合深度信息的改进Camshift算法
5.3 融入Kalman预测信息的Camshift算法
5.3.1 Kalman滤波器原理
5.3.2 基于Kalman滤波改进的Camshift算法
5.4 实验结果分析
5.4.1 无干扰时的跟随
5.4.2 颜色干扰下的跟随效果对比
5.4.3 遮挡情况下的跟随效果对比
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
在读期间发表的学术论文及研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于2.5D激光的全向移动机器人室内SLAM研究[J]. 杨宇,田应仲,郑天江. 计量与测试技术. 2018(12)
[2]基于萤火虫算法优化的Gmapping研究[J]. 郑兵,陈世利,刘蓉. 计算机工程. 2018(09)
[3]移动机器人SLAM关键问题和解决方法综述[J]. 杨雪梦,姚敏茹,曹凯. 计算机系统应用. 2018(07)
[4]Simultaneous Localization and Mapping System Based on Labels[J]. Tong Liu,Panpan Liu,Songtian Shang,Yi Yang. Journal of Beijing Institute of Technology. 2017(04)
[5]基于激光雷达传感器的RBPF-SLAM系统优化设计[J]. 王依人,邓国庆,刘勇,张文. 传感器与微系统. 2017(09)
[6]基于ORB-SLAM的室内机器人定位和三维稠密地图构建[J]. 侯荣波,魏武,黄婷,邓超锋. 计算机应用. 2017(05)
[7]基于ROS的开源移动机器人系统设计[J]. 李建勇,刘雪梅,李雪霞,杜博阳. 机电工程. 2017(02)
[8]Wheel-legged Hexapod Robots:a Multifunctional Mobile Manipulating Platform[J]. DING Xilun,ZHENG Yi,XU Kun. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2017(01)
[9]基于RGBD传感器的场景自适应性视觉里程计算法[J]. 段珊珊,李昕. 计算机与现代化. 2016(12)
[10]基于AVR单片机的家庭智能监控机器人设计[J]. 王瑞泽,程颖,任文平. 计算机应用. 2016(S2)
博士论文
[1]基于RGB-D摄像机的增强现实系统关键技术研究[D]. 李佳宁.浙江大学 2017
硕士论文
[1]室内测绘机器人SLAM技术的研究与实现[D]. 李维鑫.西安科技大学 2018
[2]基于激光雷达的SLAM和路径规划算法研究与实现[D]. 刘文之.哈尔滨工业大学 2018
[3]四旋翼无人机视觉导航与轨迹跟踪[D]. 邓兆森.哈尔滨工业大学 2018
[4]基于激光雷达的室内移动机器人自主导航与行人跟踪研究[D]. 郑灿涛.华南理工大学 2018
[5]基于激光雷达的同时定位与室内地图构建算法研究[D]. 赵新洋.哈尔滨工业大学 2017
[6]基于SLAM的扫地机器人控制系统研究[D]. 陈玉.哈尔滨工业大学 2017
[7]激光雷达AGV室内环境地图绘制与定位算法研究[D]. 曲政.山东大学 2017
[8]基于Kinect手势识别方法的研究与实现[D]. 赵瑞.武汉理工大学 2017
[9]基于车载多激光雷达的地图构建与障碍物检测[D]. 林辉.浙江大学 2017
[10]基于MeanShift的视频目标跟踪算法研究[D]. 张铁明.燕山大学 2016
本文编号：3197748
【文章来源】：曲阜师范大学山东省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 SLAM技术的研究现状
1.2.2 跟随机器人的研究现状
1.3 论文章节安排
第2章 自主跟随机器人平台搭建
2.1 系统功能需求分析
2.2 RGBD相机选型
2.2.1 理想相机模型
2.2.2 实际相机模型
2.3 激光雷达选型
2.4 ROS操作系统
2.5 本章小结
第3章 基于激光雷达的SLAM算法研究
3.1 地图的表达形式
3.2 栅格地图的占据原理
3.3 Hector SLAM算法
3.4 Gmapping SLAM算法
3.4.1 基于Rao-Blackwellized粒子滤波的SLAM算法
3.4.2 改进Rao-Blackwellized粒子滤波的Gmapping算法
3.5 实验对比分析
3.6 本章小结
第4章 机器人的路径规划算法研究
4.1 全局路径规划算法研究
4.1.1 Dijkstra算法
4.1.2 A~*算法
4.1.3 实验结果对比
4.2 局部路径规划算法研究
4.2.1 DWA算法
4.2.2 基于全局最优路径的改进DWA算法
4.3 实验结果分析
4.4 本章小结
第5章 多信息融合目标跟随算法研究
5.1 经典跟随算法
5.1.1 Meanshift算法
5.1.2 Camshift算法
5.2 融合深度信息的Camshift算法
5.2.1 前景分割
5.2.2 融合深度信息的改进Camshift算法
5.3 融入Kalman预测信息的Camshift算法
5.3.1 Kalman滤波器原理
5.3.2 基于Kalman滤波改进的Camshift算法
5.4 实验结果分析
5.4.1 无干扰时的跟随
5.4.2 颜色干扰下的跟随效果对比
5.4.3 遮挡情况下的跟随效果对比
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
在读期间发表的学术论文及研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于2.5D激光的全向移动机器人室内SLAM研究[J]. 杨宇,田应仲,郑天江. 计量与测试技术. 2018(12)
[2]基于萤火虫算法优化的Gmapping研究[J]. 郑兵,陈世利,刘蓉. 计算机工程. 2018(09)
[3]移动机器人SLAM关键问题和解决方法综述[J]. 杨雪梦,姚敏茹,曹凯. 计算机系统应用. 2018(07)
[4]Simultaneous Localization and Mapping System Based on Labels[J]. Tong Liu,Panpan Liu,Songtian Shang,Yi Yang. Journal of Beijing Institute of Technology. 2017(04)
[5]基于激光雷达传感器的RBPF-SLAM系统优化设计[J]. 王依人,邓国庆,刘勇,张文. 传感器与微系统. 2017(09)
[6]基于ORB-SLAM的室内机器人定位和三维稠密地图构建[J]. 侯荣波,魏武,黄婷,邓超锋. 计算机应用. 2017(05)
[7]基于ROS的开源移动机器人系统设计[J]. 李建勇,刘雪梅,李雪霞,杜博阳. 机电工程. 2017(02)
[8]Wheel-legged Hexapod Robots:a Multifunctional Mobile Manipulating Platform[J]. DING Xilun,ZHENG Yi,XU Kun. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2017(01)
[9]基于RGBD传感器的场景自适应性视觉里程计算法[J]. 段珊珊,李昕. 计算机与现代化. 2016(12)
[10]基于AVR单片机的家庭智能监控机器人设计[J]. 王瑞泽,程颖,任文平. 计算机应用. 2016(S2)
博士论文
[1]基于RGB-D摄像机的增强现实系统关键技术研究[D]. 李佳宁.浙江大学 2017
硕士论文
[1]室内测绘机器人SLAM技术的研究与实现[D]. 李维鑫.西安科技大学 2018
[2]基于激光雷达的SLAM和路径规划算法研究与实现[D]. 刘文之.哈尔滨工业大学 2018
[3]四旋翼无人机视觉导航与轨迹跟踪[D]. 邓兆森.哈尔滨工业大学 2018
[4]基于激光雷达的室内移动机器人自主导航与行人跟踪研究[D]. 郑灿涛.华南理工大学 2018
[5]基于激光雷达的同时定位与室内地图构建算法研究[D]. 赵新洋.哈尔滨工业大学 2017
[6]基于SLAM的扫地机器人控制系统研究[D]. 陈玉.哈尔滨工业大学 2017
[7]激光雷达AGV室内环境地图绘制与定位算法研究[D]. 曲政.山东大学 2017
[8]基于Kinect手势识别方法的研究与实现[D]. 赵瑞.武汉理工大学 2017
[9]基于车载多激光雷达的地图构建与障碍物检测[D]. 林辉.浙江大学 2017
[10]基于MeanShift的视频目标跟踪算法研究[D]. 张铁明.燕山大学 2016
本文编号：3197748
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3197748.html
