基于目标的救援机器人自主导航与机械臂运动规划

发布时间：2022-02-19 07:02

　　救援环境通常具有极高的不确定性、复杂性和危险性,救援机器人的主要作用就是代替救援人员去完成搜救任务。这一任务可以分为两部分,一是完成环境的自主探索并确定受困者的位置,二是利用机械臂对受困者开展进一步的救援行动。本文针对RoboCup救援比赛所模拟的环境,提出并实现了基于目标的救援机器人自主导航与机械臂运动规划。针对第一部分任务,本文将机器人在救援环境中的自主探索与目标识别两个子任务结合起来,提出了一种基于目标的自主探索方法。在该方法中,一旦发现受困者,机器人就将以该受困者作为导航目标,使用基于图优化的定时弹性带方法直接进行轨迹规划,并迅速到达受困者所在区域,为开展下一步的救援行动做好准备,该方法充分利用了目标信息来辅助导航,弥补了边界探索方法随机性大、导航速度慢的缺陷,极大提高了机器人在救援环境中的探索效率。针对第二部分任务,本文将目标识别与定位算法和机械臂的运动规划算法相结合,利用UR3机械臂和Kinect v2深度相机组成手眼协调系统,首先确定了Kinect相机与UR3机械臂的坐标转换关系,从而得到目标在机械臂坐标系下的位姿,然后提出了一种基于直线插补的轨迹规划方法,与基于采样的轨... 

【文章来源】：国防科技大学湖南省211工程院校985工程院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 自主导航研究现状
        1.2.2 机械臂及其运动规划研究现状
    1.3 论文主要研究内容和创新点
        1.3.1 论文主要研究内容
        1.3.2 论文主要创新点
第二章 救援机器人系统设计与机械臂运动学分析
    2.1 救援机器人的硬件和软件系统设计
    2.2 机械臂运动学模型的构建
        2.2.1 UR3机械臂简介
        2.2.2 UR3机械臂的D-H参数
        2.2.3 UR3的运动学模型
    2.3 本章小结
第三章 基于目标的救援机器人自主导航
    3.1 引言
    3.2 2 D激光SLAM算法与边界探索算法
        3.2.1 不同激光SLAM算法的比较
        3.2.2 边界探索算法分析
    3.3 基于目标的自主探索
        3.3.1 目标识别算法介绍
        3.3.2 定时弹性带方法
    3.4 实验结果与分析
        3.4.1 无目标时的自主探索
        3.4.2 有目标后的自主探索
        3.4.3 总体实现
    3.5 本章小结
第四章 机械臂的手眼协调算法
    4.1 引言
    4.2 UR3 机械臂与Kinect相机的标定
        4.2.1 机械臂手眼协调系统的组成
        4.2.2 手眼标定的方法
    4.3 基于视觉引导的机械臂运动规划
        4.3.1 基于视觉引导的机械臂运动规划系统
        4.3.2 目标点的确定
        4.3.3 Moveit简介
        4.3.4 运动规划算法
    4.4 实验结果与分析
        4.4.1 仿真结果分析
        4.4.2 实物实验结果分析
    4.5 本章总结
第五章 总结与展望
    5.1 本文工作总结
    5.2 未来工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]灾难救援机器人研究现状、关键性能及展望[J]. 刘金国,王越超,李斌,马书根.  机械工程学报. 2006(12)

硕士论文
[1]移动机器人避障与轨迹规划[D]. 余冬冬.浙江大学 2017
[2]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



本文编号：3632456