室外自主移动机器人导航系统研究与设计.pdf

中国海洋大学
硕士学位论文
室外自主移动机器人导航系统研究与设计
姓名:李苑
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:李欣;孟庆春
20070601
室外自主移动机器人导航系统研究与设计摘要自主式移动机器人具有高度自规划、自组织和自适应能力,适合于在复杂的非结构化环境中工作。其目标是在没有人的干预、无需对环境做任何规定和改变的条件下有目的地移动和完成相应任务。所以,在自主式移动机器人相关技术中,导航是其中一个重要组成部分,也是移动机器人实现智能化以至完全自主的关键技术。我国在智能移动机器人研究方面虽然已经取得了一定的成果,但由于起步较晚,在研究和应用方面都落后于一些西方国家,而且还没有达到完全实用。因此,进行这项研究,具有一定的理论意义和工程应用意义。移动机器人导航系统主要内容包括移动机器人的定位和路径规划。为了赋予机器人智能和自主的能力,本文对移动机器人导航系统进行了分析研究。首先介绍了移动机器人的发展状况,分析了国内外移动机器人研究现状。并综合分析比较了目前常用的移动机器人定位和路径规划技术,结合设计需求,提出了室外自主移动机器人定位及路径规划比较合理的总体设计方案。然后根据实验需要编写移动机器人控制程序,以便于方便地应用导航算法。在控制软件的编写过程中,充分考虑了机器人硬件平台可变的因素,创新性的将设计模式引入,使程序可以很好地应对变化,并且尽量使用了跨平台技术,为将来的平台移植做好了准备。针对定位本文分析研究了ㄎ唬珼己皆怼定位存在误差大,有盲区等缺点;而航位推算存在初始准确但误差随时间累积的问题。因此,对移动机器人运动进行建模并使用卡尔曼滤波将二者数据进行融合,综合二者的优点,可以有效提高定位精度。通过实验表明,滤波后定位效果大大好于单独使用针对路径规划本文分析研究了基于行为的运动控制算法,将其应用于室外移动机器入的导航控制中。借鉴免疫网络的原理,构建了一个行为仲裁系统,对行为单元进行协调。系统能根据外部环境动态地改变行为单元的优先级,同时考虑蛘逥ㄎ弧
到反应式控制体系固有的缺陷,添加规划推理模块对系统进行推理和指导,增强系统对环境的适应能力和灵活性。为了验证路径规划算法的可行性,使用编写了仿真软件并对路径规划算法进行了验证。实验结果表明,在比较理想的情况下,算法可以很好地完成机器人导航任务。在仿真的基础上,使用硬件平台对算法进行验证,并分析了实验结果。最后对全文工作进行总结,并对研究工作的继续深入提出设想。关键字:定位;卡尔曼滤波;路径规划;人工免疫:设计模式
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:悱争月’学位论文作者签名:李二,缸爹兹签字日期:硼年铝腥签字日期:≯。辏独创声明学位论文版权使用授权书本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,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≤蓬嵋胖被坑廴姨拗苯的:奎拦互窒蚱渌逃沟难换蛑な槭褂霉牟牧稀S胛乙煌ぷ鞯耐径员狙关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学学位论文作者签名:通讯地址:过的研究成果,也不包含未获得究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄊ学位论文作者毕业后去向:工作单位:电话:邮编
把引言机器人技术的发展是一个和工业自动化程度的重要标志和体现Ⅲ。机器人在当前生产生活中的应用越来越广泛,正在替代人发挥着日益重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,集成了多学科的发展成果,代表高技术的发展前沿,是当前科技研究的热点方向。机器人的英文单词来源于捷克语“”,意思是“工作”。简言之,机器人是一种带有外部传感器的可编程的操作机,可以完成各种装配作业。根据这一定义,机器人必须具有智能,这种智能通常取决于同控制和传感系统有关的计算机算法。但进入世纪年代以来,由于具有一般功能的传统工业机器人的应用趋向饱和,而许多高级生产和特种应用需要各种智能机器人的参与,因而促使智能机器人获得较为迅速的发展。所以,开发各种智能机器人,以求提高机器人的性能,扩大其功能和应用领域是复苏和继续发展机器人产业的一条重要途径室外智能移动机器人是机器人研究领域中的一个重要分支。室外移动机器人集人工智能、智能控制、信息处理、图像处理、检测与转换等专业技术为一体,跨计算机、自动控制、机