基于定位能力的移动机器人路径规划研究
发布时间：2022-02-09 17:22
随着《中国制造2025》行动纲领的提出,“智能制造”的发展得到了国家的高度重视和重点支持。移动机器人（以下简称为“机器人”）作为该背景下的重要研究课题,具有广泛的应用前景,可应用至各种生活服务、智能物流、灾难救援等领域。自主定位始终是机器人相关技术中最基础、最核心的技术之一,且保证机器人在自主导航阶段中具有可靠的定位性能是其能完成设定任务的前提条件。在机器人自主导航过程中,不同地点的环境信息和地图噪声会对机器人的定位过程造成不同的影响。这意味着机器人在一个给定的已知地图中各处的定位能力——使用激光雷达在环境中进行自定位的能力,是不相同的。因此,有必要在路径规划阶段将定位能力纳入考虑,以避免机器人在导航过程中出现较大的定位误差并降低机器人自定位失败的风险。本文以机器人路径规划技术和定位技术中的定位能力的结合和实现方法为研究目标,围绕配备激光雷达的机器人在室内外环境下的全局路径规划展开研究,并提出一种基于二维和三维定位能力约束的路径规划方法。借此提高机器人在无可靠GPS信号的情况下,在存在特征匮乏、特征相似或建图噪声较大的区域的环境中进行自主导航时的定位精度。本文的主要内容如下:1.二维和...
【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】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１国内外研发的自主移动机器人??Ｆｉｇ．?１－１?Ｅｘａｍｐｌｅｓ?ｏｆ?ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ?ｍｏｂｉｌｅ?ｒｏｂｏｔｓ??
顧讀??（ｄ）?“交龙”智能轮椅?（ｅ）ＰＲ２机器人??图１－１国内外研发的自主移动机器人??Ｆｉｇ．?１－１?Ｅｘａｍｐｌｅｓ?ｏｆ?ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ?ｍｏｂｉｌｅ?ｒｏｂｏｔｓ??提高了相关农业产品的生产效率和管理效率［８］；在２０１３年的“４．２０”芦山县７．０级大??地震发生后，四川测绘地理信息局派出无人机组赶赴灾区获取灾后影像，给之后的抢险??救灾提供了有力依据和保障基础［９］；亚马逊公司于２０１６年推出了?Ｐｒｉｍｅ?Ａｉｒ服务，其使??用无人机在市内进行快递派送，从订单生成至包裹送达总计耗时最短仅需１３分钟［抑。??（ａ）农用喷药？?（ｂ）?±也震救援？?（ｃ）快递配送？??图１－２几种无人机的典型用途??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｕｓａｇｅｓ?ｏｆ?ｕｎｍａｎｎｅｄ?ａｅｒｉａｌ?ｖｅｈｉｃｌｅｓ??随着应用环境的不断复杂化，机器人在定位层面面临的挑战和困难也日益增加。虽??然现已存在很多性能良好的基于全球定位系统（Ｇｌｏｂａｌ?Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ?Ｓｙｓｔｅｍ，?ＧＰＳ）的定??位系统，然而这类系统只适用于部分室外环境，无法在ＧＰＳ信号不可靠或缺失的环境??—２?—??
路径规划并控制机器人移动到摘较小的区域，以减少系统观测的不确定性和降低机器人??在导航过程中的定位不确定性。这种方法的缺点之一是熵的计算复杂度会随着环境的扩??大而大大增加。此外，由于熵是一维变量（如图１－５所示），仅能就观测信息对定位的影??响给出一个整体评估，因此其无法反映出该影响的方向性信息，即其无法分辨出已知地??图影响的是机器人哪个分量（位置或朝向）上的定位不确定性。??在下文中我们将评估和确定可准确反映环境信息对机器人定位性能的影响的指标。??１．２．２定位技术及定位能力研究概况??在阐述与“定位能力”这一概念相关的研究工作之前，我们在此先简要地介绍与机??器人定位技术相关的前人工作及其局限性。机器人实现自主能力的最基本的要求是可以??进行自主定位，这也是顺利执行一系列导航相关任务的前提。定位的目标是确定机器人??在其工作环境中相对于一个指定坐标系（如世界坐标系、地图坐标系等）的位姿（包括??位置和姿态）。现有的机器人定位方法主要分为以下三类［２７］：??１．相对定位方法［２８］：此方法又称为航迹推测法，其基本原理是在给定机器人初始??位姿的前提下，使用里程计、惯性测量单元等内部传感器计算出每一时刻的位??—５?—??
【参考文献】：
期刊论文
[1]无人机航摄技术在四川省应急测绘保障中的应用研究[J]. 周兴霞,廖小露,刘嘉. 测绘与空间地理信息. 2014(10)
[2]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)
[3]基于稀疏A*搜索和改进人工势场的无人机动态航迹规划[J]. 姚远,周兴社,张凯龙,董冬. 控制理论与应用. 2010(07)
博士论文
[1]移动机器人的定位能力估计及定位[D]. 王勇.上海交通大学 2014
[2]移动机器人定位的不确定性研究[D]. 于金霞.中南大学 2007
硕士论文
[1]移动机器人的可定位性估计及其应用[D]. 王炜.上海交通大学 2012
本文编号：3617378
【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】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１国内外研发的自主移动机器人??Ｆｉｇ．?１－１?Ｅｘａｍｐｌｅｓ?ｏｆ?ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ?ｍｏｂｉｌｅ?ｒｏｂｏｔｓ??
顧讀??（ｄ）?“交龙”智能轮椅?（ｅ）ＰＲ２机器人??图１－１国内外研发的自主移动机器人??Ｆｉｇ．?１－１?Ｅｘａｍｐｌｅｓ?ｏｆ?ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ?ｍｏｂｉｌｅ?ｒｏｂｏｔｓ??提高了相关农业产品的生产效率和管理效率［８］；在２０１３年的“４．２０”芦山县７．０级大??地震发生后，四川测绘地理信息局派出无人机组赶赴灾区获取灾后影像，给之后的抢险??救灾提供了有力依据和保障基础［９］；亚马逊公司于２０１６年推出了?Ｐｒｉｍｅ?Ａｉｒ服务，其使??用无人机在市内进行快递派送，从订单生成至包裹送达总计耗时最短仅需１３分钟［抑。??（ａ）农用喷药？?（ｂ）?±也震救援？?（ｃ）快递配送？??图１－２几种无人机的典型用途??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｕｓａｇｅｓ?ｏｆ?ｕｎｍａｎｎｅｄ?ａｅｒｉａｌ?ｖｅｈｉｃｌｅｓ??随着应用环境的不断复杂化，机器人在定位层面面临的挑战和困难也日益增加。虽??然现已存在很多性能良好的基于全球定位系统（Ｇｌｏｂａｌ?Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ?Ｓｙｓｔｅｍ，?ＧＰＳ）的定??位系统，然而这类系统只适用于部分室外环境，无法在ＧＰＳ信号不可靠或缺失的环境??—２?—??
路径规划并控制机器人移动到摘较小的区域，以减少系统观测的不确定性和降低机器人??在导航过程中的定位不确定性。这种方法的缺点之一是熵的计算复杂度会随着环境的扩??大而大大增加。此外，由于熵是一维变量（如图１－５所示），仅能就观测信息对定位的影??响给出一个整体评估，因此其无法反映出该影响的方向性信息，即其无法分辨出已知地??图影响的是机器人哪个分量（位置或朝向）上的定位不确定性。??在下文中我们将评估和确定可准确反映环境信息对机器人定位性能的影响的指标。??１．２．２定位技术及定位能力研究概况??在阐述与“定位能力”这一概念相关的研究工作之前，我们在此先简要地介绍与机??器人定位技术相关的前人工作及其局限性。机器人实现自主能力的最基本的要求是可以??进行自主定位，这也是顺利执行一系列导航相关任务的前提。定位的目标是确定机器人??在其工作环境中相对于一个指定坐标系（如世界坐标系、地图坐标系等）的位姿（包括??位置和姿态）。现有的机器人定位方法主要分为以下三类［２７］：??１．相对定位方法［２８］：此方法又称为航迹推测法，其基本原理是在给定机器人初始??位姿的前提下，使用里程计、惯性测量单元等内部传感器计算出每一时刻的位??—５?—??
【参考文献】：
期刊论文
[1]无人机航摄技术在四川省应急测绘保障中的应用研究[J]. 周兴霞,廖小露,刘嘉. 测绘与空间地理信息. 2014(10)
[2]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)
[3]基于稀疏A*搜索和改进人工势场的无人机动态航迹规划[J]. 姚远,周兴社,张凯龙,董冬. 控制理论与应用. 2010(07)
博士论文
[1]移动机器人的定位能力估计及定位[D]. 王勇.上海交通大学 2014
[2]移动机器人定位的不确定性研究[D]. 于金霞.中南大学 2007
硕士论文
[1]移动机器人的可定位性估计及其应用[D]. 王炜.上海交通大学 2012
本文编号：3617378
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