基于混合式控制结构的室外导航机器人研究

论文题目: 基于混合式控制结构的室外导航机器人研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 机械电子工程

作者: 冯玉伯

导师: 曹作良

关键词: 混合式控制结构,移动机器人

文献来源: 天津理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 智能移动机器人是机器人研究领域中的一个重要分支。其涉及一系列的相关研究领域,如传感器、执行器、动力、通信、控制理论、人工智能。机器人研究的目标是要开发出在现实世界中能够完成工作的机器人。移动机器人行为是通过改变其在现实世界中的状态,移动自身完成的,这就要求机器人可以感知外界的环境信息,并且能够解释感知到的信息。最终,移动机器人需要知道它要做什么,即为了实现特定的目标,需要将其所获得的环境信息和移动机器人自身可能的行为相互联系。这就要求移动机器人具有先进的控制结构,以实现智能控制。本文对基于混合式控制结构的移动机器人进行了较系统的研究。混合式控制结构主要由底层行为控制级和高层智能协商级构成。高层的命令可以传往下层,车体信息也可由下层传往上层。混合式控制系统的行为层和协商层分别在机器人本地控制器和远程控制器上加以实现,这样即满足了移动机器人高层控制策略、远程操作的要求,也满足了移动机器人底层控制实时性、自主决策的要求。本文利用UML语言描述了这种混合式控制系统的设计实现方法。分析了这种控制结构的功能要求,并在此基础上,将这种结构分解为若干相互独立、协作的对象。为移动机器人导航提供了先进的软件控制结构。为了使移动机器人适合远程操作,本文论述了J2EE (Java 2 Enterprise Edition,Java 2企业版)的三层体系结构,以及Web服务(Web Service)技术的应用系统构架,以一些应用实例如远程通信模块等的开发为例讨论了移动机器人遥操作平台的分析、设计与实现,并详细讨论了Web设计的应用、应用服务器中的EJB应用、服务器与控制器之间通讯时的Web服务技术应用。系统采用基于J2EE的三层体系结构的方式使得系统具有很强的伸缩性、通用性、兼容性和可操作性,每一层能够专注于特定的角色和功能。Web服务技术使得系统具有了跨语言平台性和扩展性。在移动机器人将协商层控制策略结合J2EE和Web服务技术,不仅综合了两项技术的优势,提高了平台的可升级和可移植的性能,而且可以将更多的精力集中在功能的设计上。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题研究目标及主要研究内容

第二章 移动机器人硬件平台

2.1 移动机器人平台简介

2.2 硬件结构框架

2.3 机器人总体布置和走线

2.4 驱动系统结构

第三章 移动机器人混合式控制体系结构

3.1 混合控制系统模型

3.2 系统需求分析

3.2.1 机器人本地控制系统

3.2.2 机器人远程控制系统

3.3 系统总体设计

3.3.1 移动机器人静态结构图

3.3.2 环境静态结构图

3.3.3 本地控制系统静态结构图

3.3.4 远程控制系统静态结构图

3.3.5 本地系统序列图

3.3.6 远程系统序列图

第四章 移动机器人本地控制系统实现

4.1 基于形式化语言的传感器控制模型

4.2 移动机器人运动学模型

4.3 数据采集与处理

4.3.1 引言

4.3.2 传感器数据采集处理结构设计

4.3.3 非视觉传感器数据采集与处理

4.3.4 非视觉传感器指标

4.3.5 非视觉传感器工作原理

4.3.6 视觉传感器数据采集与处理

4.3.7 CG300 主要技术性能及指标

4.3.8 视觉传感器基本结构及工作原理

4.3.9 数据格式

4.4 基于模糊逻辑的反应器设计

4.4.1 模糊理论

4.4.2 反应器导航控制规则

4.5 动机器设计

4.6 仲裁器设计

4.6.1 驱动控制设计

4.6.2 仲裁策略设计

第五章 机器人远程控制系统实现

5.1 基于 J2EE 人机交互设计

5.1.1 引言

5.1.2 J2EE 的关键技术及特点

5.1.3 J2EE 在移动机器人网络控制系统中的应用

5.2 动态知识库设计

5.3 感知器设计

5.3.1 问题描述及相关知识

5.3.2 局部路径规划及全局地图的生成

5.4 认知器设计

5.4.1 Q 学习算法

5.4.2 Q 学习路径规划方法

5.5 远程控制系统和本地控制系统之间的通讯实现

第六章 系统实验结果

结论

参考文献

参与项目及发表论文

参与项目

发表学术论文

致谢

发布时间: 2007-08-01

参考文献

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