移动机器人触须传感器的应用研究

论文摘要

伴随着移动机器人传感器技术的发展,触须传感器成为了国内外的研究热点。国外开展了许多这方面的研究,研究表明触须传感器已经成为智能机器人的重要组成部分。依据啮齿类动物触须的机理,开发和设计了触须传感器,本文围绕触须传感器进行了如下的研究和实验:1.分析和研究了国内外触须传感器的工作原理和设计思想,剖析了啮齿类动物触须的结构和机理,研制了基于PSD的新型触须传感器,并完成了基于PC机的移动机器人触须传感器系统设计,实现传感器感测数据的实时采样与保存,为触须传感器纹理识别实验奠定基础,通过该系统可以模拟移动机器人的运动控制。2.分析和研究了老鼠触须系统对纹理特征的识别能力。针对其识别机理,提出了用时频分析方法来处理纹理检测实验的数据,阐述了时频分析方法及其优越性,对Matlab的时频分析工具箱进行了简单的介绍,编写了Matlab时频分析程序。3.采用触须传感器主动扫描具有不同纹理特征的物体表面,并通过时域方法、频域方法和时频分析方法分别对所得数据进行分析,结果表明了该触须传感器具有很好的纹理识别能力和潜力。4.分析了触须传感器在移动机器人避障与导航过程中的应用潜力。首先是在已知引导路线情况下,将触须传感器纹理识别的能力运用于移动机器人导航;另外建立了一机器人模型,采用模糊优化控制方法,以触须传感器获得的障碍物距离和方位传感器检测的目标信息为输入,以机器人速度和转角为输出,制定了机器人趋向目标过程中的避障控制规则,并完成了在未知环境下移动机器人的路径规划。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 机器人技术概述
• 1.2 移动机器人智能化发展概况
• 1.3 移动机器人感觉传感器研究现状
• 1.4 移动机器人触须传感器的发展现状
• 1.4.1 电位计式触须传感器
• 1.4.2 电容式触须传感器
• 1.4.3 电磁式触须传感器
• 1.5 本文的研究目的、意义和主要研究内容
• 1.5.1 本文的研究目的和意义
• 1.5.2 本文主要研究内容
• 第二章 触须传感器的工作机理研究与系统设计
• 2.1 触须传感器的工作机理研究
• 2.2 基于PSD 的触须传感器系统设计
• 2.2.1 触须传感器的结构设计
• 2.2.2 触须传感器硬件系统设计
• 2.2.3 触须传感器软件系统设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于触须传感器纹理检测及信号处理理论研究
• 3.1 动物触须纹理检测研究
• 3.2 基于触须传感器的纹理检测机理与方法研究
• 3.3 基于触须传感器纹理检测信号分析方法研究
• 3.3.1 傅立叶变换简介
• 3.3.2 时频分析技术简介及其在信号处理中的应用
• 3.3.3 基于Matlab 的纹理信号时频分析程序编写
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于触须传感器的机器人纹理检测研究
• 4.1 基于触须传感器的纹理检测
• 4.1.1 被动触碰的触须传感器纹理检测系统
• 4.1.2 主动触碰的触须传感器纹理检测系统
• 4.2 触须传感器纹理检测采样数据分析
• 4.3 触须传感器纹理检测问题的探讨与展望
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于纹理识别的移动机器人触觉导航研究
• 5.1 智能移动机器人技术研究现状
• 5.1.1 智能移动机器人的体系结构
• 5.1.2 移动机器人的导航技术
• 5.2 基于触须传感器的机器人导航问题研究
• 5.2.1 基于触须传感器的机器人避障研究
• 5.2.2 基于触须传感器纹理辨别的机器人导航问题研究
• 5.3 本章小结
• 第六章 未知环境下触须传感器在机器人路径规划中的应用
• 6.1 移动机器人路径规划技术简述
• 6.1.1 全局路径规划方法
• 6.1.2 局部路径规划方法
• 6.2 触须传感器在移动机器人领域的应用
• 6.2.1 自主探测行星机器人领域
• 6.2.2 对于视觉传感器的补充
• 6.3 未知环境下触须传感器在移动机器人路径规划中的应用研究
• 6.3.1 模糊满意优化方法
• 6.3.2 移动机器人模型与控制系统模块组成
• 6.3.3 避障控制行为
• 6.3.4 “对称无法确定”问题的解决
• 6.3.5 死锁问题解决
• 6.3.6 穿越孔穴、缝隙行为
• 6.3.7 地面凹凸情况的检测及其对机器人行为的影响
• 6.4 本章小结
• 第七章 全文总结和工作展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果以及发表的学术论文
• 附录
• 附录一 程序代码