基于多轮足的自平衡越障爬楼梯机器人研发
发布时间：2021-06-08 03:25
随着科技的快速发展,尤其是大数据和人工智能时代的逐步迫近,而机器人作为时代的产物,发挥着越来越重要的作用,在机器人运动的过程中,楼梯可能是机器人必须通过的路段,因此如何平稳快速准确的使机器人通过楼梯显得尤为重要。本文主要围绕自主研发的多轮足机器人如何通过楼梯而展开。对于楼梯的识别问题,本文提出通过训练图像分类模型来识别楼梯,相比于传统的图像方法,其识别效果较好,性能得到了较大的提升;对于楼梯的定位问题,本文通过实验,确定了最适合楼梯的边缘检测算法,再配合改进后的轮廓提取算法来定位楼梯,从而给机器人一个合适的前进路径;对于多轮足机器人在楼梯上的自平衡问题,本文首先从结构上改进了基于多轮足的越障机器人,然后通过mpu6050采集的数据设计了时序机器学习模型,传统的控制方法并不能很好的解决非结构环境下的自平衡问题,本文所设计的方法为解决非结构化环境下的自平衡问题提供了一个全新的解决思路,且在本文的实验环境下,本文设计的基于时序的机器学习模型能够较好的解决多轮足机器人在楼梯上的自平衡问题。针对识别楼梯问题。本文对比研究了传统的图像分类网络cnn、resnet网络和模板匹配等方法。采集足够多的数...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
g测温巡逻机器人Figure1.2emperaturepatrolrobotusing5g
西南大学工程硕士学位论文2图1.1流水线上的视觉分拣机器人Figure1.1Visualsortingrobotontheassemblyline2020年，国内爆发了新型冠状肺炎疫情，为了快速的检测公共场所人员的体温情况。研究人员在智能机器人上加装了5G热成像测温系统，配合机器视觉等人工智能算法，该款机器人不仅可以实现红外线5米以内，一次性快速测量10个人的体温并实时反馈体温数据到控制室，还可以智能识别来往路人是否配套口罩，并视需启动报警系统[2]。5G测温巡逻机器人实现了对体温的快速检测以及高效的反馈，通过这套系统实现了人员的快速高效通行，降低交叉感染风险。图1.25g测温巡逻机器人Figure1.2emperaturepatrolrobotusing5g本文正是从人工智能和图像处理的角度切入解决机器人识别并通过楼梯等问题。本文通过训练图像分类模型来识别楼梯；对于楼梯的定位问题，本文采用边缘检测配合改进后的轮廓提取算法来定位楼梯，从而给机器人一个合适的前进路径；对于机器人运动到楼梯上之后的平衡问题，首先从结构上改进了基于多轮足的越障机器人，然后利用mpu6050，获取机器人的姿态信息，训练基于时序的机器学习检测模型，获取机器人的状态，从而纠正姿态，通过楼梯。
西南大学工程硕士学位论文41．轮腿式越障机器人一般的轮腿式越障机器人，也即混合型，虽然在非规整地面上越障能力强，但是当其运行在比较整齐的地面上时，有可能会行走不稳定、不平衡等缺点。如C型轮腿式的机器人，诚然，它的越障能力确实很好，但其行走的时候并不稳定，步态切换如果不及时，会导致颠簸抖动，而且控制复杂。图1.3C型腿机器人Figure1.3C-leggedrobot偏心轮式机器人[6]，其越障效率好，但经过研究发现其在规整路面下行走的时候，整个车身是一高一低的，且偏心轮式机器人的行走效率不高，与非偏心轮是机器人相比，车轴转过相同角度的情况下，非偏心轮式机器人走过的路程大于偏心轮式机器人走过的路程。图1.4偏心轮机器人Figure1.4Eccentricrobot非偏心的轮式越障机器人比较有名的是机器人Shrimp，瑞士科学家于2002年成功研发了该款越障机器人。机器人采用六轮组合结构，整体机身采用对称结构。通过多轮结构的自适应调节，使得机器人Shrimp在轮式运动基础上获得了优越的越障性能[7]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]旷视：非接触体温检测方案护航公共场所疫情防控[J]. 房晓楠. 机器人产业. 2020(02)
[2]深度学习下的计算成像:现状、挑战与未来[J]. 左超,冯世杰,张翔宇,韩静,陈钱. 光学学报. 2020(01)
[3]基于深度学习的图像分类研究综述[J]. 苏赋,吕沁,罗仁泽. 电信科学. 2019(11)
[4]基于树莓派的在线人脸识别考勤系统[J]. 张一夫,陈天飞,张建松. 电子设计工程. 2019(22)
[5]基于树莓派与深度学习的人脸识别考勤系统[J]. 张寅东,陈晓填,张宇雯. 现代计算机. 2019(31)
[6]基于传统机器学习与深度学习的图像分类算法对比分析[J]. 刘华祠. 电脑与信息技术. 2019(05)
[7]国际机器人联合会（IFR）年度报告——《全球机器人2019》首次在中国发布[J]. 智能机器人. 2019(05)
[8]基于机器视觉的工业机器人智能分拣系统设计[J]. 徐青青. 仪表技术与传感器. 2019(08)
[9]基于改进Sobel算子边缘检测的实现[J]. 韩龙飞,逯超. 汽车实用技术. 2019(08)
[10]玉兔二号月球车[J]. 宇红. 现代物理知识. 2019(02)
博士论文
[1]基于人工智能的TBM选型及掘进适应性评价方法与决策支持系统[D]. 詹金武.北京交通大学 2019
[2]两轮自平衡车摆机器人建模与控制方法的研究[D]. 钱庆文.哈尔滨理工大学 2019
[3]易防护机械腿六足机器人机构学研究[D]. 张金柱.燕山大学 2018
[4]室外移动机器人的道路场景识别及路径规划研究[D]. 吴宗胜.西安理工大学 2017
[5]基于履带—地面耦合系统的低速履带车辆通过性研究[D]. 姚禹.吉林大学 2016
[6]具有轮/履耦合机构的移动机器人及其相关技术研究[D]. 郭文增.北京理工大学 2016
[7]抛投机器人翻转越障技术研究[D]. 张世隆.北京理工大学 2015
[8]履带可变角度的关节式移动机器人技术研究[D]. 宗成国.北京理工大学 2015
硕士论文
[1]基于深度学习的手势识别技术研究[D]. 王苏振.浙江大学 2019
[2]基于树莓派的天文暂现源深度学习识别方法[D]. 赵逸飞.太原理工大学 2019
[3]基于ResNet与多尺度特征融合的源相机模型识别算法研究[D]. 曾天亮.山东大学 2019
[4]基于残差卷积网和支持向量机的机器人铣削颤振辨识研究[D]. 张明锴.华中科技大学 2019
[5]基于改进ResNet网络的宫颈癌细胞识别[D]. 庄重.北京交通大学 2019
[6]两轮自平衡机器人控制策略研究[D]. 乔林.哈尔滨工程大学 2019
[7]基于ResNet模型的全极化SAR影像分类研究[D]. 聂雯.湖北大学 2018
[8]两轮自平衡机器人自主移动系统设计和应用[D]. 王泉.武汉科技大学 2018
[9]基于图像特征的楼梯检测算法研究[D]. 高瑞.西安科技大学 2017
[10]嵌入式水果自动分类系统研究与设计[D]. 王诗婷.华中师范大学 2017
本文编号：3217593
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
g测温巡逻机器人Figure1.2emperaturepatrolrobotusing5g
西南大学工程硕士学位论文2图1.1流水线上的视觉分拣机器人Figure1.1Visualsortingrobotontheassemblyline2020年，国内爆发了新型冠状肺炎疫情，为了快速的检测公共场所人员的体温情况。研究人员在智能机器人上加装了5G热成像测温系统，配合机器视觉等人工智能算法，该款机器人不仅可以实现红外线5米以内，一次性快速测量10个人的体温并实时反馈体温数据到控制室，还可以智能识别来往路人是否配套口罩，并视需启动报警系统[2]。5G测温巡逻机器人实现了对体温的快速检测以及高效的反馈，通过这套系统实现了人员的快速高效通行，降低交叉感染风险。图1.25g测温巡逻机器人Figure1.2emperaturepatrolrobotusing5g本文正是从人工智能和图像处理的角度切入解决机器人识别并通过楼梯等问题。本文通过训练图像分类模型来识别楼梯；对于楼梯的定位问题，本文采用边缘检测配合改进后的轮廓提取算法来定位楼梯，从而给机器人一个合适的前进路径；对于机器人运动到楼梯上之后的平衡问题，首先从结构上改进了基于多轮足的越障机器人，然后利用mpu6050，获取机器人的姿态信息，训练基于时序的机器学习检测模型，获取机器人的状态，从而纠正姿态，通过楼梯。
西南大学工程硕士学位论文41．轮腿式越障机器人一般的轮腿式越障机器人，也即混合型，虽然在非规整地面上越障能力强，但是当其运行在比较整齐的地面上时，有可能会行走不稳定、不平衡等缺点。如C型轮腿式的机器人，诚然，它的越障能力确实很好，但其行走的时候并不稳定，步态切换如果不及时，会导致颠簸抖动，而且控制复杂。图1.3C型腿机器人Figure1.3C-leggedrobot偏心轮式机器人[6]，其越障效率好，但经过研究发现其在规整路面下行走的时候，整个车身是一高一低的，且偏心轮式机器人的行走效率不高，与非偏心轮是机器人相比，车轴转过相同角度的情况下，非偏心轮式机器人走过的路程大于偏心轮式机器人走过的路程。图1.4偏心轮机器人Figure1.4Eccentricrobot非偏心的轮式越障机器人比较有名的是机器人Shrimp，瑞士科学家于2002年成功研发了该款越障机器人。机器人采用六轮组合结构，整体机身采用对称结构。通过多轮结构的自适应调节，使得机器人Shrimp在轮式运动基础上获得了优越的越障性能[7]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]旷视：非接触体温检测方案护航公共场所疫情防控[J]. 房晓楠. 机器人产业. 2020(02)
[2]深度学习下的计算成像:现状、挑战与未来[J]. 左超,冯世杰,张翔宇,韩静,陈钱. 光学学报. 2020(01)
[3]基于深度学习的图像分类研究综述[J]. 苏赋,吕沁,罗仁泽. 电信科学. 2019(11)
[4]基于树莓派的在线人脸识别考勤系统[J]. 张一夫,陈天飞,张建松. 电子设计工程. 2019(22)
[5]基于树莓派与深度学习的人脸识别考勤系统[J]. 张寅东,陈晓填,张宇雯. 现代计算机. 2019(31)
[6]基于传统机器学习与深度学习的图像分类算法对比分析[J]. 刘华祠. 电脑与信息技术. 2019(05)
[7]国际机器人联合会（IFR）年度报告——《全球机器人2019》首次在中国发布[J]. 智能机器人. 2019(05)
[8]基于机器视觉的工业机器人智能分拣系统设计[J]. 徐青青. 仪表技术与传感器. 2019(08)
[9]基于改进Sobel算子边缘检测的实现[J]. 韩龙飞,逯超. 汽车实用技术. 2019(08)
[10]玉兔二号月球车[J]. 宇红. 现代物理知识. 2019(02)
博士论文
[1]基于人工智能的TBM选型及掘进适应性评价方法与决策支持系统[D]. 詹金武.北京交通大学 2019
[2]两轮自平衡车摆机器人建模与控制方法的研究[D]. 钱庆文.哈尔滨理工大学 2019
[3]易防护机械腿六足机器人机构学研究[D]. 张金柱.燕山大学 2018
[4]室外移动机器人的道路场景识别及路径规划研究[D]. 吴宗胜.西安理工大学 2017
[5]基于履带—地面耦合系统的低速履带车辆通过性研究[D]. 姚禹.吉林大学 2016
[6]具有轮/履耦合机构的移动机器人及其相关技术研究[D]. 郭文增.北京理工大学 2016
[7]抛投机器人翻转越障技术研究[D]. 张世隆.北京理工大学 2015
[8]履带可变角度的关节式移动机器人技术研究[D]. 宗成国.北京理工大学 2015
硕士论文
[1]基于深度学习的手势识别技术研究[D]. 王苏振.浙江大学 2019
[2]基于树莓派的天文暂现源深度学习识别方法[D]. 赵逸飞.太原理工大学 2019
[3]基于ResNet与多尺度特征融合的源相机模型识别算法研究[D]. 曾天亮.山东大学 2019
[4]基于残差卷积网和支持向量机的机器人铣削颤振辨识研究[D]. 张明锴.华中科技大学 2019
[5]基于改进ResNet网络的宫颈癌细胞识别[D]. 庄重.北京交通大学 2019
[6]两轮自平衡机器人控制策略研究[D]. 乔林.哈尔滨工程大学 2019
[7]基于ResNet模型的全极化SAR影像分类研究[D]. 聂雯.湖北大学 2018
[8]两轮自平衡机器人自主移动系统设计和应用[D]. 王泉.武汉科技大学 2018
[9]基于图像特征的楼梯检测算法研究[D]. 高瑞.西安科技大学 2017
[10]嵌入式水果自动分类系统研究与设计[D]. 王诗婷.华中师范大学 2017
本文编号：3217593
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