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风管清扫机器人的路径规划方法研究

作　者: 朱茜
导　师: 孙炜
学　校: 湖南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 风管清扫机器人 底盘 清扫执行机构 路径规划
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 24次
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内容摘要


随着社会和科技的不断进步，中央空调风管清扫机器人作为一种特殊的服务性移动机器人已成功进入人们的视线，得到了越来越多的重视和应用。而要实现风管清扫机器人对中央空调管道的自主清扫，路径规划则是该过程中必须攻克的一项关键技术。本文针对中央空调管道的特点，结合旅行商问题模型，重点探讨了基于蚁群算法的风管清扫机器人底盘的无碰最优遍历式路径规划以及清扫执行机构的遍历式清扫的路径规划，本文主要的研究内容如下：1、风管清扫机器人底盘路径规划的研究。在全局管道结构已知的情况下，首先运用栅格法对管道环境进行建模。引入旅行商问题(TSP)模型，两次运用蚁群算法对风管清扫机器人底盘的无碰遍历式路径进行规划。在Matlab仿真环境下，对该算法进行了仿真实验，结果证明了该方法的可行性。最后，分析并研究了风管清扫机器人底盘基于摄像头对环境情况进行感知的局部避碰路径规划。2、风管清扫机器人清扫机构路径规划。利用切片法将空调管道分割成相同长度的管道片段，研究了基于栅格法对这些空调管道片段进行建模的风管清扫机器人清扫执行机构的按顺时针方向沿边走的路径规划方法，对沿边走过程中碰到的情况进行了分析。并运用Matlab对该方法进行了仿真实验，结果证明了此方法的可行性。3、在风管清扫机器人底盘和清扫执行机构路径规划的基础上，对三维管道中风管清扫机器人底盘的行进过程与清扫执行机构的清扫运动进行衔接，运用Matlab仿真出了风管清扫机器人行进过程中清扫执行机构的运动轨迹。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-19
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 风管清扫机器人现状研究  11-13
  1.3 移动机器人路径规划的国内外研究现状  13-18
    1.3.1 可视图法  14
    1.3.2 栅格法  14-15
    1.3.3 启发式搜索  15
    1.3.4 人工势场法  15-16
    1.3.5 遗传算法  16
    1.3.6 模糊逻辑算法  16-17
    1.3.7 蚁群算法  17-18
  1.4 论文的结构安排  18-19
第2章 风管清扫机器人及其工作环境  19-25
  2.1 风管清扫机器人的工作原理  19
  2.2 风管清扫机器人整体结构介绍  19-21
  2.3 风管清扫机器人的工作环境介绍  21-23
  2.4 风管清扫机器人的任务及路径规划描述  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章 风管清扫机器人底盘的路径规划  25-36
  3.1 风管清扫机器人底盘工作环境建模  25-27
    3.1.1 栅格法建模原理  25-26
    3.1.2 空调管道二维仿真模型  26-27
  3.2 风管清扫机器人底盘的全局路径规划  27-32
    3.2.1 蚁群优化算法原理及相关概念介绍  27-28
    3.2.2 旅行商问题（TSP）模型  28-29
    3.2.3 ACO算法及TSP模型在风管清扫机器人底盘全局路径规划中的描述  29
    3.2.4 风管清扫机器人底盘全局路径规划的算法步骤  29-32
  3.3 风管清扫机器人底盘的避障路径规划  32-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章 风管清扫机器人清扫执行机构的路径规划  36-50
  4.1 切片法介绍  36-37
  4.2 切片段内二维环境的建模  37-39
  4.3 切片段内风管清扫机器人清扫执行机构的路径规划  39-49
    4.3.1 相关概念及定义  39-40
    4.3.2 切片段内环境情况及清扫路径规划分析  40-45
    4.3.3 风管清扫机器人清扫执行机构切片段内路径规划方法步骤  45-48
    4.3.4 风管清扫机器人清扫执行机构空调管道切片段内路径规划仿真  48-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章 机器人底盘与清扫执行机构路径规划的衔接  50-56
  5.1 底盘坐标系与切片段二维平面坐标系之间的关系  50-52
  5.2 风管清扫机器人底盘行进过程中清扫执行机构的清扫轨迹  52-53
  5.3 风管清扫机器人整体路径规划的衔接  53-54
  5.4 本章小结  54-56
总结与展望  56-58
参考文献  58-62
致谢  62-63
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  63

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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