室内环境下的机器人自主导航研究

论文摘要

近年来,随着移动机器人向微型化和智能化方向发展,其路径规划和自主导航等问题受到人们越来越多的关注,成为目前移动机器人研究领域的热点。本文利用Pioneer3-AT移动机器人平台,分别对走廊环境和室内未知环境下移动机器人路径导航问题进行深入的研究,并进行了仿真验证和实验初探。主要的研究工作和成果如下：1、利用VC++6.0设计并开发了一种基于C/S构架的移动机器人通信平台。该平台解决了移动机器人登陆瓶颈,具有良好的应用前景。2、针对走廊环境下移动机器人的导航问题,给出了一种基于平行线的视觉导航算法。在视觉导航时,将走廊左右的踢脚线作为一组平行线,利用其在视觉平面上投影直线的特征点坐标,控制移动机器人的角速度和线速度,实现移动机器人的自主行驶。MATLAB仿真结果验证了控制算法的正确性和有效性。3、针对未知环境下移动机器人的自主导航问题,设计了一种基于禁忌搜索的自主导航方法。该方法通过分析激光雷达数据识别子目标,利用启发式函数评估的禁忌搜索算法产生当前最优子目标,进而采用模糊控制实现子目标跟踪,以逐步渐进的方式实现无碰路径优化。该方法提高了导航动作的“预见性”,减少了局部极小发生的可能,克服了重复访问,具有避障流畅、路径平滑的优点。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。最后,对全文工作进行了总结,并展望进一步的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 国内外典型移动机器人系统
• 1.2.1 国外典型移动机器人系统
• 1.2.2 国内典型移动机器人系统
• 1.3 移动机器人自主导航和路径规划的研究现状
• 1.4 本文的研究内容及章节安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 移动机器人系统及Pioneer3-AT运动平台
• 2.1 移动机器人的控制模式
• 2.1.1 客户端/服务器（C/S）控制模式
• 2.1.2 浏览器/服务器（B/S）控制模式
• 2.2 传感器模型
• 2.2.1 声纳
• 2.2.2 激光雷达
• 2.2.3 视觉
• 2.3 Pioneer3-AT移动机器人平台
• 2.3.1 Pioneer3-AT移动机器人简介
• 2.3.2 Pioneer3-AT移动机器人的硬件配置
• 2.4 本章小结
• 第三章 Pioneer3-AT通信平台构建与实现方法
• 3.1 移动机人通信平台构建原理
• 3.1.1 Pioneer3-AT移动机器人控制体系结构
• 3.1.2 Pioneer3-AT移动机器人软件体系
• 3.2 移动机器人通信平台实现
• 3.2.1 通信平台简介
• 3.2.2 通信平台的实现
• 3.3 实验与结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于视觉的移动机器人走廊环境导航
• 4.1 拉萨尔不变集定理
• 4.2 透视投影
• 4.3 机器人坐标变换模型
• 4.4 基于平行线的机器人走廊环境下的导航
• 4.4.1 移动机器人运动学模型
• 4.4.2 图像模型
• 4.4.3 数据融合
• 4.4.4 控制策略
• 4.5 仿真结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于虚拟子目标的移动机器人室内环境导航
• 5.1 禁忌搜索算法
• 5.2 移动机器人自主导航策略
• 5.3 基于禁忌搜索的最优子目标搜索
• 5.3.1 子目标识别
• 5.3.2 评价函数设计
• 5.3.3 最优子目标搜索
• 5.4 基于模糊控制的子目标跟踪
• 5.5 仿真结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文和参加的科研项目
• 致谢