学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

面向智能清扫机器人的路径规划技术研究

作　者: 杨成宏
导　师: 任明武
学　校: 南京理工大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 特征提取地图表示同时定位与地图创建全覆盖路径规划
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 86次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

智能清扫机器人作为智能移动机器人的一个特殊的应用,继承了智能移动机器人的若干关键性的技术,比如传感器技术、定位技术等等；同时也有其自身的特殊性,如无需理解三维环境,需要全部路径的覆盖等新的特点。智能清扫机器人能够代替重复性的体力劳动,降低人工劳动强度,广泛应用于家庭、公共场所、学校等诸多复杂环境,因此具有广阔的市场前景。本文分析了当前流行的几款清扫机器人,重点分析了他们的缺陷,并根据这些缺陷,提供了若干解决方案,从而设计出了一款能够针对复杂环境进行清扫的智能机器人。本文以家庭环境为仿真背景,设计了一款依靠特征点检测作为SLAM定位的参照点,在机器人运行过程中,同时对当前位置进行定位,并创建环境栅格地图,实现了一种基于扩展Kalman滤波的SLAM算法,最后通过一种基于障碍物分析的区域分割算法对清扫环境进行区域分割以及区域连接,从而完成清扫任务。具体实现方法如下：1.本文提出了一种平面二维特征的提取方法,过传感器数据进行特征提取,对数据点进行分割,然后使用直线拟合算法进行直线拟合,通过判断直线之间的交点作为环境的角点,即环境特征点,用以进行SLAM算法。2.本文实现了一种基于扩展Kalman滤波的SLAM算法,并针对清扫机器人的移动速度慢的特点,对该算法进行了相应的改进,实现了基于SUT变换的SLAM算法。通过无迹变换,对非线性函数进行处理,构造新的统计特征,进一步提高SLAM算法精度。3.本文实现了一种基于绕边的障碍物确定算法,机器人通过贴墙运行,确定环境信息,同时在贴墙清扫过程中构造栅格地图,用以记录区域是否已经完成清扫。同样对于区域内部障碍物也进行贴边运动,确定障碍物的位置信息,并构造栅格地图。4.本文提出了一种基于障碍物确定的未知区域分割算法。现行的区域分割算法都是根据已知环境进行区域分割,本文通过机器人贴边运行,创建栅格地图,在第一步创建了环境边界地图之后,对环境进行线扫法区域分割；当在区域内部遇到障碍物的时候,对栅格地图进行再次的构造,构造区域内部的栅格地图,并在当前区域内部使用线扫法进行区域的分割算法。5.本文考虑到机器人由于长时间运行会导致供电不足的问题,使用A*算法进行路径规划,使机器人能够在电量不足的情况下返回充电。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-14
  1.1 全路径覆盖智能清扫机器人的概述  7-8
  1.2 智能清扫机器人中传感器技术的研究  8
  1.3 智能清扫机器人的研究中的关键技术  8-10
    1.3.1 地图的表示方式  8-9
    1.3.2 特征点的提取  9-10
    1.3.3 路径规划技术  10
  1.4 国内外研究现状  10-13
    1.4.1 国外清扫机器人的发展现状  10-12
    1.4.2 国内清扫机器人的发展现状  12-13
  1.5 本文研究主要内容  13-14
2 基于机器人视觉的二维室内环境特征检测及地图表示  14-28
  2.1 引言  14
  2.2 智能清扫机器人传感器技术研究  14-15
  2.3 一种几何特征地图和栅格地图结合的地图表示方式  15-19
    2.3.1 几何特征地图  15
    2.3.2 栅格地图  15-16
    2.3.3 拓扑地图  16
    2.3.4 基于贴边运行的机器人同步创建栅格地图算法  16-19
  2.4 基于距离信息的室内环境特征点的提取  19-24
    2.4.1 平面二维信息的提取与处理  19
    2.4.2 基于距离的平面二维数据的分割  19-21
    2.4.3 离散数据点的直线拟合  21-23
    2.4.4 机器人前方二维特征点检测  23-24
  2.5 实验分析  24-27
  2.6 本章小结  27-28
3 一种适用于智能清扫机器人的SLAM算法  28-38
  3.1 引言  28-29
  3.2 Kalman滤波器背景以及原理  29-30
  3.3 基于扩展Kalman滤波的SLAM算法  30-34
    3.3.1 EKF SLAM算法流程  30-34
  3.4 一种基于SUT的改进EKF SLAM算法  34-35
  3.5 实验分析  35-37
  3.6 本章小结  37-38
4 基于未知地图的全区域覆盖路径规划技术研究  38-56
  4.1 概述  38-39
  4.2 清扫机器人路径覆盖的指标  39
  4.3 智能清扫机器人的行走方式的确定  39-41
    4.3.1 一种低能耗的机器人的行走方式  39-41
    4.3.2 矩形区域内机器人的行走方向的确定  41
  4.4 基于栅格地图的区域分割算法  41-50
    4.4.1 基于贴边清扫的边界确定算法  42-44
    4.4.2 基于障碍物确定的区域划分算法  44-49
    4.4.3 相邻子区域的连接  49-50
  4.5 复杂环境的路径规划  50-52
  4.6 实验分析  52-55
  4.7 本章小结  55-56
5 智能清扫机器人避障系统以及自动返回充电系统  56-62
  5.1 基于障碍物尺寸分析的机器人避障系统  56-57
  5.2 智能清扫机器人自动返回充电路径规划  57-61
    5.2.1 A~*算法原理  57-58
    5.2.2 基于栅格地图的A~*算法的实现  58-61
  5.3 本章小结  61-62
6 总结与展望  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-68

面向智能清扫机器人的路径规划技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文