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超声导航移动机器人关键技术的研究

作　者: 孙明明
导　师: 杨克己
学　校: 浙江大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 移动机器人超声传感器定位导航路径规划数据融合
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 847次
引　用: 17次
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内容摘要

为了赋予机器人智能和自主的能力,本文在完成移动机器人机械本体及其控制系统软、硬件设计的基础上,针对超声导航移动机器人相关的几个关键技术:利用超声波测距、简单物体识别,机器人定位,路径规划和多传感器数据融合等进行了研究,具体包括: 第一章,概述了国内外移动机器人领域研究的成果,并对移动机器人领域研究的热点问题进行了分析,提出了本论文的研究内容和各章节的安排。第二章,在完成移动机器人总体方案设计的基础上,采用变速器结构,以后轮为驱动轮、前轮为导向轮,完成一种三轮移动机器人机械本体设计。同时,针对这种移动机器人的特点,考虑到超声导航技术的应用,采用DSP-TMS320F2812为主控单元,实现该机器人控制系统的软、硬件开发,除对机器人各种运动自动控制外,还具有多路超声波信号发射、接收和分析处理(包括定位、路径规划等)等功能,并具有无线通信的能力。为后续研究提供必要的平台。第三章,对超声导航移动机器人几个关键技术开展研究。由于本论文的核心思想是利用超声传感器进行前方物体距离、形状和位姿等参量的测量,以实现基于超声的移动机器人环境地图建立、避障和导航。但是,在超声波测距中,由于超声波的传播速度受到环境温度、湿度和风速的影响较大,造成超声测距精度降低。为此,我们提出了基于小波变换的广义自相关声速测量方法,较好地解决了上述问题;另外,通过设计超声传感器组并利用超声波的反射特性,根据镜面反射和成像原理,通过判断反射回波信号时间的差异和计算确定目标物体的曲面半径,实现了对平面、边角和圆柱等简单物体的识别。在此基础上,还就定位、路径规划和多传感器信息融合等方面开展了研究。第四章,对超声导航移动机器人的系统性能进行评价,开展了移动机器人在走廊和室内环境下的导航试验,证实了本文研究的有效性。第五章,对全文的工作进行了总结,并对基于超声导航的移动机器人研究领域的一些问题进行了展望。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-7
致谢  7-10
第一章绪论  10-19
  1.1 移动机器人的研究现状和发展趋势  10-13
    1.1.1 国外移动机器人的研究现状  11-12
    1.1.2 国内移动机器人的研究现状  12-13
    1.1.3 智能导航技术成为移动机器人研究的热点  13
  1.2 超声导航技术在移动机器人领域得到广泛应用  13-17
    1.2.1 超声传感器在移动机器人导航技术上的应用  13-15
    1.2.2 基于超声的移动机器人定位技术  15-16
    1.2.3 基于超声的移动机器人路径规划技术  16-17
  1.3 本论文的研究内容  17-19
第二章超声导航移动机器人的设计  19-34
  2.1 绪言  19
  2.2 移动机器人系统的整体设计方案  19
  2.3 机械本体与驱动机构的设计  19-25
    2.3.1 机械和驱动部分的设计  19-23
    2.3.2 传感器模块  23-25
  2.4 测控模块设  25-33
    2.4.1 硬件电路整体设计  25-27
    2.4.2 通信模块的设计及实现  27-28
    2.4.3 键盘和LCD显示模块的设计及其实现  28-29
    2.4.4 电机驱动和A／D及D／A转换模块  29-30
    2.4.5 超声传感器控制和实现  30-31
    2.4.6 移动机器人的软件设计  31-33
  2.5 本章小节  33-34
第三章超声导航移动机器人关键技术的研究  34-59
  3.1 绪言  34
  3.2 基于小波的高精度超声波测距技术的研究  34-46
    3.2.1 时频信号处理—小波分析及其应用  34-36
    3.2.2 小波广义自相关声速测量方法  36-41
    3.2.3 基于小波变换的回波信号前沿的确定  41-44
    3.2.4 超声波测距  44-46
  3.3 利用超声回波进行简单物体的识别  46-50
    3.3.1 超声信号的反射特性  46
    3.3.2 超声传感器的结构  46-47
    3.3.3 平面、边角、圆简单目标的识别  47-50
  3.4 移动机器人定位、路径规划和多传感器信息融合技术  50-58
    3.4.1 定位、路径规划和信息融合之间的关系  50-51
    3.4.2 移动机器人的定位和地图创建  51-53
    3.4.3 移动机器人路径规划技术研究  53-55
    3.4.4 多传感器信息融合技术  55-58
  3.5 本章小节  58-59
第四章系统集成和实验结果  59-64
  4.1 绪言  59
  4.2 前轮转向控制实验  59-61
  4.3 移动机器人导航实验  61-63
  4.4 本章小结  63-64
第五章结论与展望  64-66
参考文献  66-70
攻读硕士学位期间完成的科研论文  70

超声导航移动机器人关键技术的研究

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