基于二维半描述的机器人三维环境建模技术研究

论文摘要

近年来,伴随着机器人技术的快速发展,人们对于机器人工作领域的要求变得越来越广泛,机器人正逐步从工厂车间的结构环境踏向更为广阔、复杂的非结构环境。而在机器人系统中,环境建模是机器人完成人们所赋予工作任务的基础与关键。在保证非结构环境描述细腻性前提下,同时兼顾模型数据量膨胀紧缩、任务种类、机器人自身相关特征等相关内容,建立高度有效、准确的环境模型,将是机器人其它功能模块顺利发挥作用的基础。环境模型不但决定着机器人系统的环境适用程度、复杂问题处理能力以及路径规划与监控的快速性、实时性,而且同人机接口一起还直接地影响着用户对系统的接受程度。并且,机器人非结构环境建模能够更进一步地拓展机器人的工作领域、更加充分地发挥机器人的自身特点、提升机器人智能性。目前,国内外针对机器人非结构环境建模开展的技术研究工作相对较少,该领域的研究仍然处于起步阶段。本文简要分析了传统机器人环境建模方法,以及它们的改良型所具有的优势与缺陷,研究了机器人非结构环境建模的特殊要求、现有建模方法的不足、机器人非结构环境建模对机器人以及社会科学的现实意义。本文充分研究了二维半描述以及特征利用技术,深入地论述了二维半描述、特征利用应用于非结构环境的建模优势,并把这两种技术相结合,提出了基于二维半描述与特征利用的机器人非结构环境建模方法。在此基础上,通过对系统整体设计构思、框架结构,以及各功能模块职能划分等进行深入、细致地分析、研究,提出了符合客观实际,并且切实可行的技术路线与实施策略。文中系统地介绍了标准实体样本定义以及基于标准实体样本的样本变换方法,建立了标准实体样本图形库、变形样本图形库并建立了描述实体样本属性的实体样本知识库。最后,指出了当前尚存局限与不足,并结合学科发展趋向提出了今后进一步工作打算与目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 机器人技术发展历程
• 1.2 机器人技术当前现状
• 1.3 机器人技术发展趋势
• 第二章 环境建模技术为机器人之基础
• 2.1 机器人环境建模技术状况
• 2.1.1 环境建模在机器人中的地位与作用
• 2.1.2 传统机器人环境建模技术
• 2.2 非结构应用促进环境建模技术多元化
• 2.3 机器人非结构应用对环境建模构成的特别要求
• 2.3.1 机器人在特殊工业领域的应用
• 2.3.2 机器人在农业领域的应用
• 2.3.3 机器人在军事与国防领域的应用
• 2.3.4 机器人在空间探索领域的应用
• 2.3.5 机器人在科考领域的应用
• 2.3.6 机器人在其它领域的应用
• 第三章 课题研究理论基础
• 3.1 知识表示
• 3.2 图形表示
• 3.3 机器人学
• 3.4 机器人感知
• 第四章 课题实现总体方案
• 4.1 课题研究目的
• 4.2 实验系统主体架构
• 4.2.1 基于积木原理的模块搭建
• 4.2.2 实验系统主体框架
• 4.2.3 实验系统总体功能模块
• 4.3 课题研究目标
• 4.4 课题技术路线确定
• 第五章 机器人非结构环境建模技术研究
• 5.1 非结构环境建模技术是拓宽机器人应用领域的基本前提
• 5.2 非结构应用对环境建模的新要求
• 5.2.1 加剧快速性要求
• 5.2.2 增强准确性要求
• 5.2.3 提升关键要素强化性要求
• 5.2.4 增长适应性要求
• 5.2.5 加深灵活性要求
• 5.2.6 提高广泛性要求
• 5.3 等高线用于机器人非结构环境建模面临的难题
• 5.4 基于二维半描述与特征利用的非结构环境建模方法
• 5.4.1 用于非结构环境建模的二维半描述
• 5.4.2 用于非结构环境建模的特征利用
• 5.4.3 二维半描述与特征利用结合的建模优势
• 5.4.4 非结构环境建模知识利用
• 第六章 非结构环境建模实验系统建造
• 6.1 基于二维半与特征的样本图形库建造
• 6.1.1 标准物体图形库
• 6.1.2 变形物体图形库
• 6.2 面向非结构环境建模的知识库建造
• 6.3 基于样本图形与知识的非结构环境建模
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢