移动机器人楼层内定位与导航研究

发布时间：2017-12-13 12:06

本文关键词：移动机器人楼层内定位与导航研究

【摘要】：随着计算机技术、传感技术和智能控制技术的发展和提高,移动机器人的性能不断完善,其应用范围和领域也随之扩大。移动机器人作为智能机器人的一个重要分支,受到了越来越多的重视和关注,特别是其核心定位与导航系统。本文以实验室开发的移动机器人为研究对象,以工程应用为目的,设计了一种用于整层大楼的定位与导航系统,包括移动机器人运动控制技术、路径规划与避障技术、组合定位技术。首先,依据移动机器人使用环境和工作过程对定位与导航系统进行了总体设计,包括伺服运动控制、路径规划与避障、组合定位、机器视觉。接着,选用主从式同步控制方式实现四轮全向驱动机器人的同步运动控制,对运动控制系统进行硬件选型和电路搭建,分析了移动机器人的直线行走和曲线行走运动模式,编写了相应的运动控制软件程序,设计了驱动电机的运动速度曲线。然后,选择合适的避障传感器,确定了避障和定位导航传感器的安装位置和连接搭建方法,通过超声波传感器来实现机器人在走廊上的避障,设计了机器人应用楼层的电子地图,通过基于电子地图的深度遍历搜索出起点至目标的最短路径。再设计了基于编码器和磁力计的相对定位和基于机器视觉的绝对定位及基于超声波传感器信息组合的绝对定位相结合的组合定位方法,通过编码器和磁力计采集数据,基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)算法确定了机器人的位姿,实现了机器人的相对定位,通过超声波测距和超声波避障传感器的组合信息结合电子地图确定机器人在走廊路口的绝对位置,通过图像识别确认目标门牌的绝对位置,详细设计了门牌的图像处理过程,基于KNN(K-Nearest Neighbor)算法实现了门牌数字识别。最后,进行了系统实验,包括运动模式和同步运动控制实验、路径规划和避障实验以及定位实验,分析了运动模式的实现和同步控制的精度、全局路径规划的实现和走廊避障的实现、绝对定位和相对定位的精度,验证了定位与导航系统的可行性。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

【参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 徐兆辉;;移动机器人路径规划技术的现状与发展[J];科技创新与应用;2016年03期

2 谈自忠;;机器人学与自动化的未来发展趋势[J];中国科学院院刊;2015年06期

3 许柏;肖建军;;玉兔号巡视器导航定位中的多目标管理方法[J];载人航天;2014年06期

4 宁志民;;AGV技术发展综述[J];导航与控制;2014年05期

5 吴天明;;移动机器人导航技术现状与展望[J];河南科技;2014年17期

6 王荣;;深度优先遍历图的非递归算法的改进[J];福建电脑;2014年08期

7 梁栋;尹晓红;王梦晴;;移动机器人研究现状及发展趋势[J];科技信息;2014年09期

8 邹波;张华;姜军;;多传感信息融合的改进扩展卡尔曼滤波定姿[J];计算机应用研究;2014年04期

9 张航;刘梓溪;;基于量子行为粒子群算法的微型飞行器三维路径规划[J];中南大学学报(自然科学版);2013年S2期

10 吴晓军;邹广华;;基于边缘几何特征的高性能模板匹配算法[J];仪器仪表学报;2013年07期