基于不确定性分析的移动机器人环境感知及其应用研究.pdf

中国科学院自动化研究所
博士学位论文
基于不确定性分析的移动机器人环境感知及其应用研究
姓名:罗本成
申请学位级别:博士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:原魁
20030901
摘要深入分析,提出一种基于煅榉治龅穆肱潭ㄎ恍Ч兰鄯椒āT谇傲秸呋“移动机器人智能环境感知系统”的资助下,针对移动机器人环境感知问题展开了深入研究。本论文基于不确定性分析方法,以移动机器人环境感知为中心,展开了感知技术、环境感知与建模、机器人定位、实时导航与避障等方面的研念,并对机器人传感器技术的未来趋势进行了展望。研制了一种面向移动机器定性。接着,通过数学推导及实验比较,提出了一种基于模糊测度的超声测距数学建模方法。实验分析表明这些策略和方法的合理性和有效性。策略,以改善超声环境探测性能,并采用主观推理方法实现环境地距离测度方法实现机器人的细定位。接着,从码盘定位的数学机理角度进行了随着科学技术的深入发展,人们对高智能移动机器人系统的需求越来越迫切,移动机器人研究也进入了崭新的发展阶段。目前,移动机器人环境感知和不确定性分析能力成为衡量其智能化程度高低的重要标志。本文在国家“高技术项目“足球机器人关键技术研究”和中国科学院研究生院创新基金项目究。本论文的研究工作包括以下几方面:首先,本论文综述了移动机器人应用背景、发展状况,阐述了移动机器人中不确定性分析研究现状和主要的研究问题,并对本文的选题背景、意义和主要内容进行了介绍。其次,分析了移动机器人传感器技术,提出一种“嵌入式环境感知”的概人的嵌入式非视觉类环境感知系统,并介绍了软、硬件系统实验平台。第三,针对超声传感器存在的不确定性,在深入分析超声测距工作机理和工作特性的基础上,提出了~种自适应滤波的新方法,以克服超声探测的不确第四,结合超声测距存在的不确定性特点,深入研究了移动机器人自主环境地图构建与环境建模等相关问题。提出一种“有限探测视场”奶讲图的构建。为作深入对比分析,提出了~。对比实验表明一龇椒ū冉鲜屎嫌诖嬖谛矶嗖蝗定性的基于超声传感器的环境建模。第五,探讨了不确定环境中移动机器人的自适应定位问题。首先,论述了移动机器人自适应定位的研究现状,提出了一种基于栅格模式不变矩匹配的机器人定位新方法。为保证该算法的鲁棒性和适应性,本文采用部分础上,给出个一种解决机器人自适应定位问题的有效方法,并通过具体定位实第六,探讨了动态不确定环境下,移动机器人的实时导航与避障问题,利用~·种基于行为仲裁的包容式控制结构,并采用了改进虚拟势场法,验进行了验证分析。中国科学院自动化研究所博宦垡摘要
结合模糊推理技术实现了机器人的避障与导航。仿真和实际导航避障实验表明,本文的控制体系结构和导航避障算法的有效性。最后,对作者研究成果给出了总结。并阐述需要进一步深入研究的工作。本论文在系统结构和技术方法的选择上,都是结合现有环境感知系统和实验平台基础上,灵活地采用不确定分析技术方法来解决环境感知相关问题的。关键词:移动机器人;不确定性分析;环境感知与建模;多传感器信息融合自适应定位;实时导航与避障夼确定推理技术ο谝贫鷞嘶肪掣兄V械挠醚芯
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新虢生垒日期:逊堋独创性声明关于论文使用授权的说明耗蛰蔓本人完全了解中国科学院自动化研究所有关保留、使用学位论文的规定,即:中国科学院C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑本人声明所成交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确地说明并表示了谢意。签名:自动化研究所有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。日期:签名
第一章绪论引言成果,是当前科技发展最为活跃的领域之一【】。随着社会信息化的深入发展,工业、移动机器人的研究始于年代末期,其研究目的是将人工智能技术“信息集成与融合”等新科技名词,人们的目光开始转向具备感知、思考、决策和动为一种高智能计算机来理解,第三次产业革命带来了物质机器人,估计将来是全面具作为高技术领域的一个重要研究课题,移动机器人的研究工作得到了世界科技界器人计划,欧洲尤里卡的机器人计划,日本通产省的极限环境下作业机器人计划等。容不仅包括机器人的环境感知和决策控制,而且涉及到机器人在实际不确定坏境中的环境感知技术,使机器人可以