【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及人們生活水平的提高,室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人取得了快速的發(fā)展及廣泛的應(yīng)用。自主導(dǎo)航技術(shù)是室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的最基本也是最重要的一項(xiàng)技術(shù),是完成其他智能化任務(wù)的前提。為了實(shí)現(xiàn)室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用的普及化,研究一種高精度、低成本的機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)有著重要的意義,相對(duì)于其他傳感器,超聲波傳感器具有定位精度高、低成本等優(yōu)勢(shì),同時(shí)也具有定位范圍較小的缺點(diǎn)。因此本課題研究了較大范圍下利用超聲波傳感器進(jìn)行高精度定位的方法,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了路徑規(guī)劃算法的研究,最終實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的自主導(dǎo)航。首先,分析了超聲波傳感器定位的基本原理,針對(duì)其定位范圍小,設(shè)計(jì)了環(huán)繞式超聲波模塊并且通過(guò)動(dòng)態(tài)測(cè)量改進(jìn)超聲波定位算法。建立雙重?cái)U(kuò)展卡爾曼濾波模型將改進(jìn)超聲波算法定位數(shù)據(jù)與基于編碼器的航位推算定位數(shù)據(jù)進(jìn)行融合以得到最優(yōu)位姿,并且通過(guò)matlab仿真驗(yàn)證了本文定位算法的在保證定位精度的前提下大大擴(kuò)大了移動(dòng)機(jī)器人的定位范圍。其次,采用柵格法描述地圖,提出了一種基于改進(jìn)A*算法全局路徑規(guī)劃與基于模糊控制局部路徑規(guī)劃相結(jié)合的算法。在matlab環(huán)境下對(duì)A*算法及改進(jìn)A*算法進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,結(jié)果表明改進(jìn)后的A*算法轉(zhuǎn)折次數(shù)減少并且效率明顯提高,有利于移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的實(shí)時(shí)控制,建立了基于模糊控制的局部路徑規(guī)劃系統(tǒng),通過(guò)仿真驗(yàn)證了移動(dòng)機(jī)器人局部避障的可行性。最后進(jìn)行了基于改進(jìn)A*與基于模糊控制路徑規(guī)劃結(jié)合算法仿真,結(jié)果表明該算法能夠高效規(guī)劃出較為平滑的路徑并且能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人局部避障。再次,進(jìn)行了移動(dòng)機(jī)器人的硬件部分的搭建以及程序的設(shè)計(jì),硬件部分包括超聲波定位系統(tǒng)的硬件搭建、基于下位機(jī)主控的硬件搭建;軟件部分包括發(fā)射控制器、接收控制器程序設(shè)計(jì)、基于下位機(jī)傳感器讀取及電機(jī)控制程序的設(shè)計(jì)、最終完成了導(dǎo)航系統(tǒng)主控程序的設(shè)計(jì)。最后,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文基于超聲波傳感器的定位及路徑規(guī)劃算法。結(jié)果表明本文算法擴(kuò)大了超聲波傳感器的定位范圍且定位精度小于10cm能夠滿足室內(nèi)定位的要求,并能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人實(shí)時(shí)導(dǎo)航及局部避障。
【圖文】：

美國(guó)的機(jī)器人研制水平在國(guó)際上一直處于領(lǐng)先地位，其生產(chǎn)出來(lái)的機(jī)器僅先進(jìn)、技術(shù)水平高、并且實(shí)用價(jià)值很高。iRobot 作為美國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)成功的企業(yè)之一，在家用機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、教育機(jī)器人等行業(yè)都有很的產(chǎn)品[5]。僅在家用清潔機(jī)器人產(chǎn)品上，在 2013 年銷售量就突破 1000 萬(wàn)臺(tái)機(jī)器人史上的服務(wù)類清潔機(jī)器人的最好銷售成績(jī)。如圖 1-1 所示，是由美制的治療中風(fēng)的機(jī)器人已經(jīng)在很多醫(yī)院開(kāi)始使用，其具有能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與異醫(yī)生通訊的功能，并且網(wǎng)絡(luò)另一端的醫(yī)生可以對(duì)機(jī)器人遠(yuǎn)程操控。日本對(duì)器人的研制也是非常重視，一直用長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光看待機(jī)器人產(chǎn)業(yè)并且大力支持005 年日本機(jī)器人占世界擁有量的 40%，約有 37 萬(wàn)個(gè)機(jī)器人在使用。由于經(jīng)濟(jì)低迷的影響，至 2012 年，，投入使用的機(jī)器人數(shù)量下降至31.5萬(wàn)臺(tái)但仍界擁有量的 30%。據(jù)日本機(jī)器人的工業(yè)會(huì)預(yù)計(jì)，到 2020 年，日本機(jī)器人值將達(dá)到 2.75 萬(wàn)億日元[6]。如圖 1-2 所示，為日本“AR”系列的家務(wù)幫手類人，它共有 5 臺(tái)照相機(jī)用來(lái)確定周圍環(huán)境的具體位置。早期研制的“AR”系器人無(wú)法識(shí)別形狀不規(guī)則的物體，最新的“AR”機(jī)器人能識(shí)別衣物上的不規(guī)皺并進(jìn)行區(qū)分，啟動(dòng)洗衣的程序。除此之外，“AR”機(jī)器人在拖地時(shí)，還可開(kāi)桌邊的椅子，將桌子下的地面清掃干凈并在打掃完成后將椅子放回原處

美國(guó)的機(jī)器人研制水平在國(guó)際上一直處于領(lǐng)先地位，其生產(chǎn)出來(lái)的機(jī)器僅先進(jìn)、技術(shù)水平高、并且實(shí)用價(jià)值很高。iRobot 作為美國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)成功的企業(yè)之一，在家用機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、教育機(jī)器人等行業(yè)都有很的產(chǎn)品[5]。僅在家用清潔機(jī)器人產(chǎn)品上，在 2013 年銷售量就突破 1000 萬(wàn)臺(tái)機(jī)器人史上的服務(wù)類清潔機(jī)器人的最好銷售成績(jī)。如圖 1-1 所示，是由美制的治療中風(fēng)的機(jī)器人已經(jīng)在很多醫(yī)院開(kāi)始使用，其具有能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與異醫(yī)生通訊的功能，并且網(wǎng)絡(luò)另一端的醫(yī)生可以對(duì)機(jī)器人遠(yuǎn)程操控。日本對(duì)器人的研制也是非常重視，一直用長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光看待機(jī)器人產(chǎn)業(yè)并且大力支持005 年日本機(jī)器人占世界擁有量的 40%，約有 37 萬(wàn)個(gè)機(jī)器人在使用。由于經(jīng)濟(jì)低迷的影響，至 2012 年，投入使用的機(jī)器人數(shù)量下降至31.5萬(wàn)臺(tái)但仍界擁有量的 30%。據(jù)日本機(jī)器人的工業(yè)會(huì)預(yù)計(jì)，到 2020 年，日本機(jī)器人值將達(dá)到 2.75 萬(wàn)億日元[6]。如圖 1-2 所示，為日本“AR”系列的家務(wù)幫手類人，它共有 5 臺(tái)照相機(jī)用來(lái)確定周圍環(huán)境的具體位置。早期研制的“AR”系器人無(wú)法識(shí)別形狀不規(guī)則的物體，最新的“AR”機(jī)器人能識(shí)別衣物上的不規(guī)皺并進(jìn)行區(qū)分，啟動(dòng)洗衣的程序。除此之外，“AR”機(jī)器人在拖地時(shí)，還可開(kāi)桌邊的椅子，將桌子下的地面清掃干凈并在打掃完成后將椅子放回原處
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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1 于海旭;;服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展動(dòng)態(tài)與趨勢(shì)分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程;2016年05期

2 羅堅(jiān);;老年服務(wù)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)[J];電子測(cè)試;2016年06期

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5 王天奇;陳明;;基于單目視覺(jué)的目標(biāo)識(shí)別與定位[J];機(jī)電一體化;2015年11期

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本文編號(hào)：2519956