本文關(guān)鍵詞：基于激光雷達(dá)的室內(nèi)外巡檢移動(dòng)機(jī)器人原型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 移動(dòng)機(jī)器人 定位 遙控 實(shí)時(shí)可視化 局部地圖 路徑規(guī)劃

【摘要】：伴隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長(zhǎng),越來越多的巨型企業(yè)廠區(qū)、高新園區(qū)、巨型商場(chǎng)不斷的出現(xiàn)在國民生活中,然而這些場(chǎng)所對(duì)安全保衛(wèi)工作提出了新的特殊需求。通常情況下這些場(chǎng)所中的安保任務(wù)都是由人類保安來完成,但是隨著巡檢范圍不斷擴(kuò)大,室內(nèi)外混合環(huán)境,用人成本的持續(xù)走高等因素。僅僅依靠人類保安已經(jīng)不能滿足日益復(fù)雜化的安保需求。另外在一些危險(xiǎn)的環(huán)境中,人類保安也不適合執(zhí)行巡檢工作,比如在變電所廠區(qū),到處都是高壓電弧,對(duì)人類來說十分的危險(xiǎn)。然而這樣類似的場(chǎng)所又關(guān)系到一個(gè)社區(qū),甚至一個(gè)城市的正常生活,需要時(shí)時(shí)刻刻的安全保衛(wèi)工作。這一切都催生了一種特殊服務(wù)型巡檢移動(dòng)機(jī)器人的出現(xiàn)。本課題的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是設(shè)計(jì)一種既能夠在人工控制下執(zhí)行室外巡檢工作任務(wù),又能夠自主完成室內(nèi)巡檢工作的移動(dòng)機(jī)器人原型解決方案。為了實(shí)現(xiàn)我們的設(shè)計(jì)目標(biāo),主要完成了以下研究設(shè)計(jì)內(nèi)容。首先,根據(jù)我們的課題目標(biāo),設(shè)計(jì)制作巡檢移動(dòng)機(jī)器人硬件平臺(tái)。其中包括設(shè)計(jì)制作移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械硬件結(jié)構(gòu)、外圍硬件電路設(shè)計(jì)、傳感器等設(shè)備接口設(shè)計(jì)、開發(fā)基于Linux系統(tǒng)的Omap平臺(tái)下的eHRPWM驅(qū)動(dòng)和eQep編碼計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)。其次,完成室外環(huán)境中人工控制的移動(dòng)巡檢機(jī)器人系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。主要包括五個(gè)方面的內(nèi)容,第一,基于IVA-HD硬件圖像編碼技術(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控軟件。第二,基于遙控手柄遠(yuǎn)程遙控巡檢移動(dòng)機(jī)器人執(zhí)行巡檢任務(wù)軟件。第三,基于GPS技術(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)可視化移動(dòng)機(jī)器人位置監(jiān)控軟件。第四,基于Hog特征的人體目標(biāo)檢測(cè)與 CamShift目標(biāo)跟蹤算法檢測(cè)外來人體目標(biāo)并實(shí)時(shí)在PC控制終端跟蹤顯示。第五,基于激光雷達(dá)傳感器檢測(cè)障礙的避免意外碰撞巡檢輔助功能。最后,完成室內(nèi)環(huán)境中自主巡檢移動(dòng)機(jī)器人雛形系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。其中包括如下兩個(gè)方面的內(nèi)容,第一,基于ROS機(jī)器人軟件包處理激光雷達(dá)傳感器數(shù)據(jù)自主構(gòu)建室內(nèi)局部地圖。第二,基于室內(nèi)局部地圖數(shù)據(jù),在完成巡檢任務(wù),自主路徑規(guī)劃、自主走出室內(nèi)環(huán)境的軟件與實(shí)現(xiàn)。基于激光雷達(dá)的室內(nèi)外巡檢移動(dòng)機(jī)器人原型完成開發(fā)設(shè)計(jì)以后,對(duì)各功能進(jìn)行了驗(yàn)證與測(cè)試,驗(yàn)證結(jié)果表明,移動(dòng)巡檢機(jī)器人系統(tǒng)硬件和軟件均能夠按照設(shè)計(jì)需求進(jìn)行有效的工作,且運(yùn)行狀態(tài)良好,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。對(duì)以后深入研究基于GPS和激光雷達(dá)等傳感器的全自主導(dǎo)航、全智能的室內(nèi)外移動(dòng)巡檢機(jī)器人的研究提供了理想可靠的研究實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)平臺(tái)。
【關(guān)鍵詞】：移動(dòng)機(jī)器人 定位 遙控 實(shí)時(shí)可視化 局部地圖 路徑規(guī)劃
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP242;TN958.98
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 引言12
• 1.2 巡檢移動(dòng)機(jī)器人國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.3 課題的目的及其意義13-14
• 1.4 課題研究?jī)?nèi)容14-15
• 1.5 課題中的技術(shù)難點(diǎn)及研究方法15-18
• 第二章 移動(dòng)巡檢機(jī)器人硬件及驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)18-38
• 2.1 巡檢移動(dòng)機(jī)器人硬件設(shè)計(jì)18-25
• 2.1.1 巡檢移動(dòng)機(jī)器人硬件設(shè)計(jì)圖18-19
• 2.1.2 移動(dòng)機(jī)器人實(shí)物圖19
• 2.1.3 OMAP核心控制板19-20
• 2.1.4 移動(dòng)機(jī)器人底盤和電機(jī)20-21
• 2.1.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)21-22
• 2.1.6 Sim908開發(fā)板22
• 2.1.7 攝像頭22-23
• 2.1.8 舵機(jī)及云臺(tái)23
• 2.1.9 激光雷達(dá)傳感器23-24
• 2.1.10 電子羅盤傳感器24-25
• 2.1.12 穩(wěn)壓電源25
• 2.2 PC控制終端硬件25-27
• 2.2.1 北通遙控手柄25-26
• 2.2.2 TpLink 300M無線路由器26
• 2.2.3 PC計(jì)算機(jī)26-27
• 2.3 PWM驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)27-32
• 2.3.1 eHRPWM原理27
• 2.3.2 eHRPWM驅(qū)動(dòng)開發(fā)27-30
• 2.3.3 eHRPWM設(shè)備樹文件開發(fā)與設(shè)置30-32
• 2.4 eQEP驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)32-38
• 2.4.1 eQEP原理簡(jiǎn)介32-34
• 2.4.2 eQEP驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)34-35
• 2.4.3 eQEP設(shè)備樹實(shí)現(xiàn)35-36
• 2.4.4 eQEP驅(qū)動(dòng)測(cè)試36-38
• 第三章 室外人工控制巡檢移動(dòng)機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)38-64
• 3.1 移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)38-44
• 3.1.1 遙控手柄軟件控制流程39-40
• 3.1.2 遙控手柄數(shù)據(jù)獲取40-41
• 3.1.4 移動(dòng)機(jī)器人控制命令解析41-43
• 3.1.5 遠(yuǎn)程遙控性能指標(biāo)與測(cè)試43-44
• 3.2 GPS地理位置信息服務(wù)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)44-49
• 3.2.1 GPS定位服務(wù)軟件設(shè)計(jì)流程圖44-45
• 3.2.2 初始化GPS定位模塊45
• 3.2.3 GPS數(shù)據(jù)解析原理45-46
• 3.2.4 PC控制終端GPS定位軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)46-48
• 3.2.5 GPS定位性能指標(biāo)與測(cè)試48-49
• 3.3 基于多線程的實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)49-56
• 3.3.1 基于V4L2實(shí)現(xiàn)USB攝像頭圖像采集50
• 3.3.2 IVA-HD實(shí)現(xiàn)圖像壓縮50-54
• 3.3.3 PC控制終端實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)54-55
• 3.3.5 實(shí)時(shí)圖像測(cè)試55-56
• 3.4 人體目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤56-62
• 3.4.1 基于HOG特征的人體目標(biāo)識(shí)別實(shí)現(xiàn)56-58
• 3.4.2 基于CamShift人體目標(biāo)跟蹤58-61
• 3.4.3 人體目標(biāo)識(shí)別與跟蹤實(shí)現(xiàn)性能指標(biāo)與測(cè)試61-62
• 3.5 移動(dòng)機(jī)器入運(yùn)動(dòng)方向障礙物檢測(cè)62-64
• 第四章 室內(nèi)環(huán)境中自主巡檢雛形研究與實(shí)現(xiàn)64-86
• 4.1 路程計(jì)算編碼器64-65
• 4.2 激光雷達(dá)傳感器數(shù)據(jù)采集65-68
• 4.2.1 激光雷達(dá)通信協(xié)議65-67
• 4.2.2 激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)67
• 4.2.3 激光數(shù)據(jù)測(cè)試67-68
• 4.3 基于ROS處理激光雷達(dá)數(shù)據(jù)構(gòu)建室內(nèi)局部地圖68-74
• 4.3.1 激光坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標(biāo)70-71
• 4.3.2 點(diǎn)距離分割數(shù)據(jù)71-72
• 4.3.3 線性垂足擬合72-73
• 4.3.6 局部地圖構(gòu)建性能指標(biāo)與結(jié)果測(cè)試73-74
• 4.4 簡(jiǎn)單局部環(huán)境下的自主路徑規(guī)劃和避障研究與實(shí)現(xiàn)74-86
• 4.4.1 障礙物空間深度計(jì)算75-79
• 4.4.2 非障礙物區(qū)域?qū)挾扔?jì)算79
• 4.4.3 計(jì)算偏轉(zhuǎn)YAW79-80
• 4.4.5 計(jì)算走行距離80-81
• 4.4.6 CT坐標(biāo)變換81-84
• 4.4.7 簡(jiǎn)單室內(nèi)環(huán)境下的自主路徑規(guī)劃性能指標(biāo)與測(cè)試84-86
• 第五章 結(jié)論與展望86-87
• 致謝87-88
• 參考文獻(xiàn)88-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果91

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 張濤;楊振強(qiáng);王曉旭;;應(yīng)用eQEP及編碼器測(cè)量電機(jī)位置與速度的方法[J];電氣傳動(dòng);2011年04期

2 陳衛(wèi)標(biāo);周軍;劉繼橋;朱小磊;;多普勒激光雷達(dá)及其單縱模全固態(tài)激光器[J];紅外與激光工程;2008年01期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 文斐;激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框架研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 武麗敏;GPS在無人機(jī)上的應(yīng)用[D];天津大學(xué);2012年

2 王磊;全區(qū)域覆蓋移動(dòng)機(jī)器人同時(shí)定位與地圖創(chuàng)建（SLAM）技術(shù)的研究[D];南京理工大學(xué);2005年

3 孫宇;基于激光雷達(dá)的機(jī)器人三維地形構(gòu)建和草叢中障礙物檢測(cè)[D];浙江大學(xué);2007年

4 劉麗雯;基于激光傳感器的移動(dòng)機(jī)器人定位和地圖構(gòu)建研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2009年

，

本文編號(hào)：823387