面向双臂移动机器人三维仿真的拓扑地图自动创建研究

论文摘要

本文以日本安川电机的国际合作项目“模块化服务机器人开发环境的研究”为研究背景,围绕着SmartPalV双臂轮移动机器人在三维仿真环境下导航拓扑地图的课题,展开了基于栅格地图的拓扑地图自动创建研究。本文,首先叙述了基于跨平台Java以及Java3D语言开发的机器人三维环境编辑系统,并且,介绍了为SmartPalV双臂轮移动机器人三维仿真用的虚拟环境的构建。同时,为了机器人在三维仿真环境下进行路径规划仿真验证,根据双臂轮移动机器人和虚拟场景中完成任务中对地图精度的不同要求,提出了创建相应的几何地图,栅格地图和拓扑地图创建方法,提出了根据双臂轮移动机器人三种姿态定义了拓扑点的大小以及3D环境中拓扑地图自动创建方法。本文中的拓扑地图自动创建算法是采用图像处理中一种改进的腐蚀算法,考虑了双臂服务机器人的姿态变化的特性,通过组合式栅格的方法,对于双臂服务机器人的姿态进行定义,对不同复杂度的姿态在导航过程中进行多次姿态变化检测耗时统计。还通过对于拓扑地图的自动创建算法进行了进一步的研究分析,减少三维仿真计算量,提高仿真程序运行速度。最后在3D仿真试验中验证了基于姿态变化腐蚀算法创建的拓扑地图方法正确性,结果表明本文所提算法的效率要明显优于传统的拓扑地图创建算法,在三维仿真过程中好的满足了双臂轮移动机器人的导航要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究来源
• 1.2 研究背景
• 1.3 本文的研究意义
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 本文研究内容和章节安排
• 1.6 本章小结
• 第二章 机器人的三维环境仿真
• 2.1 地图编辑器的主结构设计
• 2.1.1 功能需求分析
• 2.1.2 对于图形核心的选择
• 2.1.3 对于模型/场景结构组织的选择
• 2.1.4 对于文件格式的选择
• 2.2 运行实例
• 2.3 本章小结
• 第三章 导航地图的创建方法
• 3.1 递阶导航地图的体系结构
• 3.2 各模块详细功能的分析与设计
• 3.2.1 地图编辑模块
• 3.2.2 栅格地图创建模块
• 3.2.3 拓扑地图自动创建模块
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于姿态变化的拓扑地图构建方法
• 4.1 对于SmartPalV V 型双臂服务机器人的特点介绍
• 4.2 基于姿态变化的拓扑地图构建
• 4.3 实验结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文主要研究工作和结果
• 5.2 今后的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 参加的科研项目