智能移动机器人地图描述和导航方法的研究.pdf

南京理工大学
硕士学位论文
智能移动机器人地图描述和导航方法研究
姓名:庄磊
申请学位级别:硕士
专业:计算机应用技术
指导教师:赵春霞
201103
㈣胛螈驣摘要关键词:智能移动机器人,地图模型,语义信息,激光雷达,聚类算法,特征提取,环境建模和自主导航是机器人研究的两个重要课题。智能移动机器人已经开始在未知环境探索、综合救援、军事侦察、物件派送、测量测绘以及家庭服务等领域逐步应用,随着机器人智能水平提高和制造工艺的进步,智能移动机器人将在民用和军事领域展现出令人无法估量的应用前景。移动机器人各种功能实现的前题是环境建模。目前通常把机器人所在的环境分为三种:未知环境、已知环境和部分已知环境,而环境表示通常只包括空间信息,然而在机器入向着高自主性和高智能方向发展时,更深层次知识的获取变得可能,而这些知识将更加有利于机器人的各种操作己胶投ㄎ。在本文中,地图模型将着重于语义知识的表示,这能够帮助机器人进行更复杂的任务规划。首先定义一个特定类型的语义映射,在此基础上讨论用拓扑图表示环境模型,然后利用各种传感器获得环境信息,通过特征提取,得到环境语义描述,最后利用建立的环境模型实现机器人的导航任务。导航的目标是机器人选择一条从出发点到目标点的运动路径,使机器人在运动过程中能安全的无碰撞的绕过遇到的所有障碍物,并能尽可能的满足某些优化指标,如时间最短或能耗最低等。结合智能移动机器人环境地图描述和导航的各个问题,本文主要在如下几个方面作了研究:首先讨论了一种地图表示方法。讨论如何用目前较前沿的语义地图描述环境,实现了用拓扑图的形式描述语义信息,定义了拓扑节点和边的意义,研究了拓扑图的存储方式。接着讨论了一种雷达数据处理算法,对得到的激光雷达数据进行聚类分析,研究如何通过激光雷达传感器提取简单的语义信息,如墙体,转角,路面特征,路口属性等。最后基于环境模型和激光雷达的特征提取讨论导航算法的设计。提出一种基于电子罗盘的机器人导航算法,研究了如何用激光雷达实现壁障,围绕着工程中由于定位误差导致的震荡控制和路口识别不准的问题,讨论如何利用扩展卡尔曼滤波算法提高定位精度,并提出了一种快速组合定位算法,讨论了利用图す饫状锵嘟岷系穆口识别算法。自主导航硕士论文智能移动机器人地
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髀有障碍物环境中面向目标自主运动,从而完成一系列作业的机器人系纠。本章主要介研究背景及意义国内外研究现状智能移动机器人是一类能够通过各种传感器感知周围环境和自身的状态,并实现在绍本文的研究背景及意义,智能移动机器人的发展概况,国内外相关研究的进展情况,指出本课题的主要研究内容和思路,最后是本文各章节内容安排。年,美国联合控制公司研制出了世界上第一台机器人,取名为“尤尼曼特”,它以液压为动力,并具有一定的学习能力,在当时引起了人们极大的关注。机器人作为二十世纪人类最伟大的发明之一,在经历了五十多年的发展后已经取得了巨大的进步。机器人技术是一门快速发展高度交叉的前沿学科,涉及了生物学,人工智能,模式识别,电子电气,机械设计,自动控制,信息论,概率论,计算机科学等不同专业学科。而智能移动机器人作为机器人家族中的一名重要组成成员,已经逐渐在综合救援,未知环境探索,军事侦察,产品派送,测量测绘以及家庭服务等领域开始应用。随着机器人智能水平提高和制造工艺的进步,相信其无论在民用还是军事领域都将展现出令人无法估量的应用前景。国内近期报道某高校开发的地震救援机器人,将在未来的抗震救灾任务中展现其作用,意大利科学家开发的一种叫“淖灾骼占魅耍梢宰行行走在大街小巷,接收人们递来的垃圾。由于智能移动机器人市场需求的增大,对于智能移动机器人的研究也进入了高潮期。移动机器人各种功能实现的前题是环境建模。目前机器人的环境表示通常只包括空间信息,然而在机器人向着高自主性和高智能方向发展时,更深层次知识的获取变得可能,而这些知识将更加有利于机器人操作己胶投ㄎ,在本文中,地图模型将着重于语义知识的表示,这能够帮助机器人进行更复杂的任务规划。首先定义一个特定类型的语义映射,在此基础上讨论用拓扑地图表示环境模型,然后,通过各种传感器获得环境信息,通过特征提取,得到环境语义描述,最后利用建立的环境模型实现机器人的各种任务。这种应用在军事侦察,救灾援助,安全巡逻,物品收集递送等领域有着巨大的应用前景,所以大力发展智能移动机器人技术对于加强以及提高我们的生活质量都有着巨大的意义,另外由于机器人技术的跨学科性,同样会推动各个专业基础研究的发展。自上个世纪八十年代以来,越来越多的学者开始关注移动机器人技术的研究。国外硕士论文智能移动