基于激光雷达检测的水面机器人路径规划和避障方法研究

发布时间：2023-11-25 03:42

　　水面机器人(Autonomous Surface Vessels,ASVs)又称无人水面艇(Unmanned Surface Vessels,USVs),是国内外军用和民用无人技术竞争的热点之一。相对于军事领域,水面机器人在民用领域的发展相对滞后,因此得到研究者的广泛关注。和军用领域的水面机器人不同的是,民用领域的要求更具有针对性,比如城内湖泊的智能安防、水面搜救、水质在线监测、水面垃圾清理等等。对于如此需求,设计一款能够自主完成任务的水面机器人显得尤为重要。本文在实验室老师机械结构研究的基础上,主要完成水面机器人控制系统硬件平台设计、基于激光雷达的水面障碍物检测算法设计和基于改进Q-Learning算法的路径规划算法设计。在控制系统硬件平台方面,考虑到水面航行特殊的安全性要求,系统控制采用双线路冗余备份,极大提高了水面机器人控制的可靠性。相对于海洋环境,民用领域的内陆湖泊河道环境更加复杂,干扰目标更多,水面机器人的自主巡航难度更大,从而对水面环境目标的智能感知和识别提出了新的挑战。目前,国内外水面环境目标的感知和识别主要采用毫米波雷达技术,存在抗干扰能力差、分辨率低的问题,激光雷达具...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 水面机器人研究现状
        1.2.2 障碍检测研究现状
        1.2.3 避障算法研究现状
    1.3 激光雷达的应用现状与趋势
    1.4 论文研究内容
    1.5 论文结构
第2章 水面机器人控制系统硬件平台设计
    2.1 控制系统硬件平台总体架构
    2.2 上位机架构
    2.3 下位机架构
        2.3.1 下位机主控板
        2.3.2 下位机操作系统
        2.3.3 下位机传感器设备
        2.3.4 下位机通信
    2.4 水面机器人控制系统通信
    2.5 本章小结
第3章 水面机器人障碍检测系统设计
    3.1 激光成像雷达简述
        3.1.1 数据包数据
        3.1.2 激光雷达点云呈现
    3.2 RSView激光雷达数据可视化
    3.3 障碍环境滤波分析
    3.4 障碍物聚类
    3.5 本章小结
第4章 基于改进Q-Learning算法水面机器人动态环境路径规划及避障策略分析设计
    4.1 理论基础
    4.2 环境模型的建立
    4.3 奖惩函数的设计
    4.4 动作的设计
    4.5 Q值表的设计
    4.6 搜索策略设计
    4.7 本章小结
第5章 仿真及实际避障实验
    5.1 仿真实验
        5.1.1 静态环境路径规划
        5.1.2 不确定环境路径规划
        5.1.3 动态环境路径规划
    5.2 实际水面测试
        5.2.1 水库测试
        5.2.2 苏州河测试
    5.3 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
附录A GPS解析代码
附录B 电子罗盘解析代码
附录C 滤波主体代码
附录D 聚类主体代码
附录E 避障主体代码
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果



本文编号：3867203