学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

轮式仿人机器人导航与路径规划研究

作　者: 朱晓辉
导　师: 李智军
学　校: 上海交通大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 轮式仿人机器人粒子滤波 SLAM 定位路径规划避障
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 88次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

机器人导航技术是机器人研究的核心技术,也是其实现真正的智能化和完全的自主移动的关键技术。本文讨论的机器人导航包括一下几个方面:即时定位与建图(SLAM),全局路径规划,基于全局地图的定位,机器人实时避障。环境地图是机器人导航的基础,本文以栅格地图的方式存储和表示环境地图。在机器人建立环境地图的过程中,精确的定位是保证环境地图精度的基础,本文在SLAM过程中,采用粒子滤波的方法保证了机器人的定位的精度,即通过局部地图与全局地图的匹配的方式实现粒子的评价进而实现机器人的定位,然后实现增量地图的融合。全局路径规划是根据已知的环境地图进行路径规划的方法,本文的全局路径规划采用的是基于边缘跟随的方法。所谓边缘跟随,其含义是在机器人与目标位置之间的障碍物物离机器人较远时,机器人直线向目标位置运动,反之,机器人沿着障碍物的边缘运行。机器人的路径是两者交替结合组成的。同时本文提出采用了基于安全路径的方法进行了路径优化。在部分环境未知的情况下,移动机器人需要具有自主避障的能力。本文分析比较了几种常用的避障方法,并对扇区曲率法(BCM)进行了仿真与实验。另外,在避障的过程中,本文采用了距离相似程度的匹配定位方法,避免了局部地图与全局地图进行像素匹配中计算量过大的缺点。在以上基础之上,本文在实验室自主开发的轮式仿人机器人上进行了大量实验,包括SLAM定位实验、SLAM建图实验,此后在栅格地图之上还进行了基于全局地图的定位实验,避障实验。同时本文还进行了全局路径规划的仿真实验。以上的实验表明本文中的理论部分均能够有着良好的实际应用效果。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-15
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 机器人导航的现状  12-13
  1.3 机器人导航的发展趋势  13-14
  1.4 本文的研究内容以及论文结构安排  14-15
第二章轮式仿人机器人的定位与建图  15-35
  2.1 轮式机器人运动模型  16-20
    2.1.1 轮式机器人的运动模型  16-17
    2.1.2 轮式机器人位姿计算  17-20
  2.2 常用机器人地图的主要表示形式  20-21
  2.3 轮式机器人的定位方法  21-22
    2.3.1 相对定位技术  21
    2.3.2 绝对定位技术  21-22
  2.4 基于粒子滤波的机器人自主定位  22-27
    2.4.1 粒子滤波原理  23-25
    2.4.2 基于粒子滤波定位的基本流程  25-27
  2.5 本文中轮式机器人的具体SLAM 过程  27-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章轮式仿人机器人的全局路径规划  35-44
  3.1 全局路径规划主要方法  35-36
  3.2 基于边缘跟随的全局路径规划方法  36-43
    3.2.1 基于边缘跟随的基本原理  36
    3.2.2 瞬时目标计算  36-38
    3.2.3 安全路径  38-40
    3.2.4 边缘跟随中离开障碍物表面的条件  40-42
    3.2.5 边缘跟随方向的选择  42
    3.2.6 基于安全路径的全局路径优化  42-43
  3.3 本章小结  43-44
第四章轮式仿人机器人的动态避障  44-58
  4.1 移动机器人常用避障方法  44-48
    4.1.1 人工势场法(APF)  44
    4.1.2 虚拟力场法(VFF)  44
    4.1.3 向量场直方图法(VFH)  44-45
    4.1.4 曲率速度法(CVM)  45-46
    4.1.5 通道曲率法(LCM)  46-48
  4.2 扇区曲率法(BCM)  48-53
  4.3 机器人速度控制  53-54
  4.4 机器人避障过程中的粒子滤波定位方法  54-55
  4.5 BCM 仿真实验  55-57
  4.6 本章小结  57-58
第五章轮式仿人机器人的系统设计  58-64
  5.1 轮式仿人机器人的组成  58-62
  5.2 轮式仿人机器人的系统结构  62
  5.3 机器人的控制流程  62-63
  5.4 本章小结  63-64
第六章基于轮式仿人机器人实验结果  64-75
  6.1 机器人相对定位精度实验  64-66
    6.1.1 实验结果  64
    6.1.2 机器人相对定位精度实验结果分析  64-66
  6.2 SLAM 定位实验  66-67
    6.2.1 SLAM 定位实验结果  66
    6.2.2 SLAM 定位实验结果分析  66-67
  6.3 未知环境下 SLAM 实时建图实验  67-69
  6.4 基于距离匹配的定位实验  69-70
    6.4.1 基于距离匹配的定位实验结果  69-70
    6.4.2 基于距离匹配的定位实验结果分析  70
  6.5 避障实验  70-73
  6.6 全局路径规划实验  73-74
  6.7 本章小结  74-75
第七章总结与展望  75-77
  7.1 本文的主要工作  75
  7.2 今后的研究工作  75-77
参考文献  77-82
致谢  82-83
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  83-86
附件  86

轮式仿人机器人导航与路径规划研究

内容摘要

全文目录

相似论文