论文题目: 超声导航移动机器人关键技术的研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 孙明明
导师: 杨克己
关键词: 移动机器人,超声传感器,定位,导航,路径规划,数据融合
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 为了赋予机器人智能和自主的能力,本文在完成移动机器人机械本体及其控制系统软、硬件设计的基础上,针对超声导航移动机器人相关的几个关键技术:利用超声波测距、简单物体识别,机器人定位,路径规划和多传感器数据融合等进行了研究,具体包括: 第一章,概述了国内外移动机器人领域研究的成果,并对移动机器人领域研究的热点问题进行了分析,提出了本论文的研究内容和各章节的安排。 第二章,在完成移动机器人总体方案设计的基础上,采用变速器结构,以后轮为驱动轮、前轮为导向轮,完成一种三轮移动机器人机械本体设计。同时,针对这种移动机器人的特点,考虑到超声导航技术的应用,采用DSP-TMS320F2812为主控单元,实现该机器人控制系统的软、硬件开发,除对机器人各种运动自动控制外,还具有多路超声波信号发射、接收和分析处理(包括定位、路径规划等)等功能,并具有无线通信的能力。为后续研究提供必要的平台。 第三章,对超声导航移动机器人几个关键技术开展研究。由于本论文的核心思想是利用超声传感器进行前方物体距离、形状和位姿等参量的测量,以实现基于超声的移动机器人环境地图建立、避障和导航。但是,在超声波测距中,由于超声波的传播速度受到环境温度、湿度和风速的影响较大,造成超声测距精度降低。为此,我们提出了基于小波变换的广义自相关声速测量方法,较好地解决了上述问题;另外,通过设计超声传感器组并利用超声波的反射特性,根据镜面反射和成像原理,通过判断反射回波信号时间的差异和计算确定目标物体的曲面半径,实现了对平面、边角和圆柱等简单物体的识别。在此基础上,还就定位、路径规划和多传感器信息融合等方面开展了研究。 第四章,对超声导航移动机器人的系统性能进行评价,开展了移动机器人在走廊和室内环境下的导航试验,证实了本文研究的有效性。 第五章,对全文的工作进行了总结,并对基于超声导航的移动机器人研究领域的一些问题进行了展望。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
致谢
第一章 绪论
1.1 移动机器人的研究现状和发展趋势
1.1.1 国外移动机器人的研究现状
1.1.2 国内移动机器人的研究现状
1.1.3 智能导航技术成为移动机器人研究的热点
1.2 超声导航技术在移动机器人领域得到广泛应用
1.2.1 超声传感器在移动机器人导航技术上的应用
1.2.2 基于超声的移动机器人定位技术
1.2.3 基于超声的移动机器人路径规划技术
1.3 本论文的研究内容
第二章 超声导航移动机器人的设计
2.1 绪言
2.2 移动机器人系统的整体设计方案
2.3 机械本体与驱动机构的设计
2.3.1 机械和驱动部分的设计
2.3.2 传感器模块
2.4 测控模块设
2.4.1 硬件电路整体设计
2.4.2 通信模块的设计及实现
2.4.3 键盘和LCD显示模块的设计及其实现
2.4.4 电机驱动和A／D及D／A转换模块
2.4.5 超声传感器控制和实现
2.4.6 移动机器人的软件设计
2.5 本章小节
第三章 超声导航移动机器人关键技术的研究
3.1 绪言
3.2 基于小波的高精度超声波测距技术的研究
3.2.1 时频信号处理—小波分析及其应用
3.2.2 小波广义自相关声速测量方法
3.2.3 基于小波变换的回波信号前沿的确定
3.2.4 超声波测距
3.3 利用超声回波进行简单物体的识别
3.3.1 超声信号的反射特性
3.3.2 超声传感器的结构
3.3.3 平面、边角、圆简单目标的识别
3.4 移动机器人定位、路径规划和多传感器信息融合技术
3.4.1 定位、路径规划和信息融合之间的关系
3.4.2 移动机器人的定位和地图创建
3.4.3 移动机器人路径规划技术研究
3.4.4 多传感器信息融合技术
3.5 本章小节
第四章 系统集成和实验结果
4.1 绪言
4.2 前轮转向控制实验
4.3 移动机器人导航实验
4.4 本章小结
第五章 结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间完成的科研论文
发布时间: 2005-10-08
参考文献
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