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板材安装自行走本体导航系统的研究

作　者: 刘景鹏
导　师: 李铁军
学　校: 河北工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 板材安装机器人移动本体全景视觉定位路径规划
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来随着机器人技术的迅猛发展,建筑机器人作为机器人技术的一个分支,逐渐成为特种机器人应用的一个发展趋势。在建筑机器人的研究中,板材安装机器人又随着当代建筑装饰行业飞速发展成为一个研究的重点。在实际的室内建筑装修环境中,基于人机协作或无人操作的移动本体导航技术成为了板材安装机器人研究的关键。在国家863计划项目“板材安装室内装修机器人系统研究(”项目编号:2007AA04Z240)的支持下,本课题对板材安装机器人移动本体导航技术进行了深入的研究,提出了一种基于建筑结构CAD图构建环境电子地图的方法;利用电子地图和人工路标实现移动本体的定位;利用可视图方法实现对移动本体的路径规划。本课题的主要研究工作和创新点包括:选取板材安装机器人移动本体的原型,并提出其改造方案;对板材安装工艺流程以及板材搬运动作流程进行了详细的规划。针对移动本体定位问题,根据已知的环境电子信息,选用基于环境电子地图和人工路标的全景视觉系统进行移动本体的定位;成功搭建了全景视觉系统硬件平台,设计并实现了一整套图像采集、信息处理的算法,并对算法进行实验验证,完成移动本体的定位。通过对移动机器人路径规划算法的比较,针对本课题移动本体实际工作环境,提出采用可视图法结合Dijkstra算法进行移动本体最短路径规划,同时对路径规划算法复杂度问题和防止移动本体实际行走通道过窄问题进行分析,提出相应简化原则和移动本体优化方法,并通过实验验证了其方法的有效性。以LabVIEW软件为开发平台,完成移动本体导航系统软件的设计;通过仿真实验,验证了该方法的正确性,具有较好的应用价值。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-18
  1-1 引言  8
  1-2 建筑机器人研究现状及发展趋势  8-11
    1-2-1 国外建筑机器人研究现状  8-10
    1-2-2 国内建筑机器人发展概况  10
    1-2-3 国内建筑机械化现状及发展趋势  10-11
  1-3 移动机器人导航技术  11-14
    1-3-1 移动机器人导航系统分类  11-13
    1-3-2 移动机器人视觉导航系统分类  13-14
  1-4 移动机器人路径规划技术  14-17
    1-4-1 移动机器人路径规划国内外研究现状  14-15
    1-4-2 移动机器人路径规划分类  15-17
  1-5 课题来源及研究意义  17
  1-6 本文主要研究内容  17-18
第二章实际工况下移动本体板材搬运规划  18-25
  2-1 引言  18
  2-2 板材安装机器人移动本体  18-20
    2-2-1 移动本体原型性能介绍  18-19
    2-2-2 移动本体运动控制改造  19-20
  2-3 板材搬运工作流程  20-23
    2-3-1 板材安装工艺流程  20-21
    2-3-2 移动本体动作流程  21-23
  2-4 移动本体板材搬运关键技术分析  23-24
  2-5 本章小结  24-25
第三章全景视觉及其图像特征提取  25-35
  3-1 引言  25
  3-2 移动本体全景视觉定位系统硬件构成  25-30
    3-2-1 全景视觉成像原理  25-27
    3-2-2 全景视觉传感器选型  27-29
    3-2-3 图像采集卡选型  29-30
    3-2-4 全景视觉传感器安装  30
  3-3 移动本体的人工路标设计  30-31
  3-4 全景视觉图像采集及人工路标提取实验  31-34
    3-4-1 常用的全景图像特征提取方法  31-32
    3-4-2 人工路标特征提取实验  32-34
  3-5 本章小结  34-35
第四章基于电子地图和人工路标的移动本体三角定位算法研究  35-47
  4-1 引言  35
  4-2 环境电子地图的建模  35-38
    4-2-1 环境信息的获取方法  35-36
    4-2-2 环境电子地图的建立  36-38
  4-3 三角定位原理  38
  4-4 三角定位算法的实现  38-45
    4-4-1 人工路标设定  39-40
    4-4-2 路标识别与匹配  40-42
    4-4-3 路标方位角计算  42-43
    4-4-4 三角定位算法  43-45
  4-5 移动本体定位实验  45-46
  4-6 本章小结  46-47
第五章移动本体路径规划研究  47-62
  5-1 引言  47
  5-2 结构化环境下全局路径规划  47-50
  5-3 环境信息未知的局部路径规划  50-52
  5-4 基于可视图法的移动本体路径规划  52-60
    5-4-1 可视图法的描述  52-54
    5-4-2 路径规划算法的建立  54-55
    5-4-3 改进的可视图路径规划算法  55-58
    5-4-4 移动本体路径优化  58-60
  5-5 路径规划算法仿真实验  60
  5-6 本章小结  60-62
第六章结论与展望  62-63
参考文献  63-66
致谢  66

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