基于激光雷达矿下移动机器人导航避障研究及网络设计

发布时间：2021-04-10 08:34

　　随着人工智能的快速发展,移动机器人技术趋于智能化、人性化。基于激光雷达的移动机器人在已知环境下导航技术逐渐成熟。移动机器人能够在矿井封闭环境下提供安全检测服务。现有的导航控制算法要求频繁的人机交互以保障机器人的导航正确性,导致巡逻检查机器人的自主能力差。此外由于传感器数据采集的延迟,移动机器人躲避动态障碍物的能力不足。针对上述问题本文研究设计了基于简易控制命令的自主导航移动机器人系统。本文的主要的研究内容:1、研究了移动机器人的导航原理并基于现有的导航功能设计多模式控制功能。控制功能将移动机器人的移动情况分为紧急停止、充电、循环运动以及定点运动。实现了移动机器人对不同需求的运动。2、在矿井封闭昏暗环境下,提出一种使用稀疏激光雷达数据的动态障碍物检测与追踪方式,利用数据特性弥补目标数据稀疏的缺点,实现检测、追踪。通过实验验证,算法在封闭昏暗环境下利用稀疏数据能实现对动态障碍物的检测与追踪,并且因为数据量少,处理迅速,适用于全方位移动机器人的导航。3、研究了大范围的无线网络工作原理,结合矿井环境设计了控制移动机器人的无线局域网。根据国家安全标准研究了网络设备、移动设备、安全检测设备等的安装... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１?（ａ）工业机械臂?图１．１?（ｂ）金属冶炼??随着机器人的智能化水平提高，移动机器人己经由工业生产逐渐扩展应用到??服务行业

?第１章绪论???具有避障能力餐厅机器人，能够代替服务员完成送餐工作，在送餐过程中既能有??效的躲避顾客又能平稳的运送菜肴。有机器人的帮助，服务员更专注于给客人提??供良好的服务如图１．２所示。??？驗??灌??／?－???■—??Ｉ?—??图１．２服务机器人??智能移动机器人能够正常工作依赖于可靠的导航系统，而移动机器人导航功??能的实现依赖于对障碍物的检测、地图的构建。传统的导航方式直接利用传感器??采集的信息确定可行使区域，根据某一时刻采集的信息指导机器人完成接下来一??段时间的导航。如果只包含静态障碍物的地图，导航是正确的，但是如果有动态??障碍物，其结果并不理想。对于动态障碍物的检测与追踪以及预测轨迹可以改进??传统方式的不足。基于视觉传感器的物体检测与追踪己经比较成熟，但是视觉传??感器不能提供距离信息，且必须在光照良好条件下使用，限制其在机器人导航方??面的应用。而激光雷达不受光照影响并且能提供距离数据，辅助完成机器人导航、??追踪等任务。近年来，使用激光雷达数据提取动态障碍物轨迹信息并预测辅助移??动机器人路径规划己经有大量成果。??矿井Ｗ是为了开采矿产修建的深井、地下建筑、运输设备等的总称。根据矿??井的深度和大小划分矿井规模，设计矿井时需要考虑矿井的使用寿命和含矿量。??为了提高矿井的生产能力和服务年限可以通过提供更全面的设计方案、准备事故??预防方案及定期矿井维护、制定事故处理准则。??２??

?第１章绪论???ｍＭ??Ｍｉｙ??图１．３矿井巷道??现今己经有大量的矿井投入生产，所以对矿井的维护及事故预防是最有效提??高矿井的生产能力和服务年限的方式。除了矿井工作人员自觉遵守矿井手册，还??需要维护人员定期检测，检测方面有矿井轨道、维护运输线路轨道，主要标准有??轨道中心线、倾斜度与标准高度、接头平整度、方向轨面平滑度、轨道距离、钢??轨水平等；矿井巷道检查维护巷道是工人通行的主要通道，其安全性关乎工人生??命。要求巷道保持畅通如图１．３所示，没有障碍物影响通行，此外巷道水沟畅通，??盖板齐全，牢固，巷道路标和避灾指示牌齐全方向正确，主要运输大巷粉刷质量??过关；矿井电缆维护，主要的日常检查为低压电网中的防爆接线盒，接线端子无??松动，电缆的悬挂情况，高压铠装电缆的金属、铠装是否断裂，主井井筒中的电??缆松动与损坏情况；矿井机电设备的维护，机电设备维护主要涉及零件的检查，??修整，更换以及精度校核等。??１．２研究现状??１．２．１移动机器人的导航现状??智能移动机器人的控制基础是导航功能，至今为止对移动机器人的导航功能??３??


本文编号：3129320