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基于传感器的煤矿救援机器人局部路径规划

作　者: 邹治辉
导　师: 马宏伟
学　校: 西安科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 煤矿救援机器人 传感器信息 局部路径规划
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本文针对煤矿井下发生瓦斯爆炸后的环境状况,主要研究煤矿救援机器人的局部路径规划问题。提出了煤矿救援机器人局部路径规划研究的内容和技术要求,以及救援机器人局部路径规划的关键技术问题:机器人局部地图的创建、环境信息的采集和显示、机器人局部环境中的定位及机器人的局部路径规划算法等,并给出了解决方案。研究了煤矿救援机器人局部路径规划的栅格法地图创建方法,针对RGB图像在计算机中的数据存储和显示特点,建立了基于RGB图像的栅格地图,仿真时可以对建立的地图进行实时显示。同时,通过改变RGB图像的数据,可以快捷地将障碍物添加到地图中。提出了在滚动窗口中建立反应式模型,通过对机器人可行走的各个方向进行优势评估的方法得出机器人应行走的方向,在此基础上计算机器人的路径长度等方法,进行局部路径规划。研究了机器人局部路径规划中的局部极值点和陷阱问题,在分析极值点和陷阱产生的原因、如何判断机器人落入极值点或陷阱等问题的基础上,通过添加扰动角度[17]等方法使该问题得到有效解决。针对煤矿救援机器人在井下行驶中遭遇动态障碍物的情况,提出了救援机器人在动态环境中的局部路径规划算法。通过仿真验证了本文局部路径规划算法的有效性,实时性。最后将算法移植到救援机器人上,通过实验室验证了算法在具体环境中的可行性。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
1 绪论  7-12
  1.1 煤矿救援机器人局部路径规划技术的研究背景和意义  7
  1.2 国内外煤矿救援机器人局部路径规划的关键技术及其发展和应用  7-11
    1.2.1 煤矿救援机器人局部路径规划的SLAM 技术  7-8
    1.2.2 局部路径规划算法  8-11
  1.3 本课题研究内容  11-12
2 煤矿救援机器人局部路径规划的关键技术  12-22
  2.1 煤矿救援机器人的局部路径规划环境及其任务  12-13
    2.1.1 煤矿救援机器人局部路径规划的环境  12
    2.1.2 煤矿救援机器人局部路径规划的任务  12-13
    2.1.3 煤矿救援机器人局部路径规划的要求  13
  2.2 煤矿救援机器人的环境建模与定位研究  13-16
    2.2.1 煤矿救援机器人的环境建模与定位技术  13-15
    2.2.2 基于传感器信息的煤矿救援机器人地图构建的研究  15-16
  2.3 煤矿救援机器人障碍物探测方法研究  16-18
    2.3.1 超声传感器探测方案  16-17
    2.3.2 激光传感器探测方案  17-18
  2.4 煤矿救援机器人的局部路径规划方法研究  18-21
    2.4.1 基于反应式行为的局部路径规划策略  19-20
    2.4.2 基于滚动窗口的局部路径规划方法  20-21
  2.5 本章小结  21-22
3 煤矿救援机器人局部路径规划算法和仿真  22-42
  3.1 栅格法环境模型与煤矿救援机器人模型的建立  22-26
    3.1.1 RGB 图在栅格地图模型中的应用  22-24
    3.1.2 栅格法环境模型的建立  24-25
    3.1.3 煤矿救援机器人模型和传感器探测方式的描述  25-26
  3.2 滚动窗口中基于反应式的局部路径规划方法  26-30
    3.2.1 滚动窗口局部子目标T 的确定  26-29
    3.2.2 煤矿救援机器人局部规划算法步骤  29-30
  3.3 极值点的处理和陷阱的跳出  30-34
    3.3.1 极值点的处理  30-31
    3.3.2 陷阱的处理  31-34
  3.4 局部路径规划仿真过程与结果  34-35
  3.5 含有动态障碍物环境的局部路径规划  35-41
    3.5.1 动态障碍物仿真环境的建立  36
    3.5.2 动态障碍物的检测  36-38
    3.5.3 包含动态障碍物环境的路径规划算法  38-41
  3.6 本章小结  41-42
4 煤矿救援机器人局部路径规划技术实验  42-53
  4.1 煤矿救援机器人硬件平台简介  42
  4.2 煤矿救援机器人环境信息的采集  42-45
    4.2.1 局部路径规划对传感信号采集层的要求  43-44
    4.2.2 超声传感器返回数据及其误差分析  44-45
  4.3 实际应用中环境模型的创建  45
  4.4 煤矿救援机器人的定位  45-48
    4.4.1 煤矿救援机器人航位推算法  45
    4.4.2 航位推算法的定位误差原因  45-46
    4.4.3 航位推算法的定位误差测量及补偿  46-48
  4.5 煤矿救援机器人局部路径规划实验  48-52
    4.5.1 煤矿救援机器人局部路径规划程序设计  48-49
    4.5.2 实验过程  49-52
  4.6 本章小结  52-53
5 结论  53-55
  5.1 结论  53
  5.2 展望  53-55
致谢  55-56
参考文献  56-61
附录  61

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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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