本文關鍵詞：導盲機器人自主導航技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前,全世界現(xiàn)有視力障礙者的數(shù)量極其龐大且新發(fā)視力障礙者的數(shù)量也在不斷的增加。相較于其他引導設備,能夠結合多樣感測器并且信息處理性能更加優(yōu)越的移動式機器人更具發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬啊Ｈ欢?現(xiàn)階段的導盲機器人大都只能在特定的環(huán)境或單一的空間中引導視力障礙者,無法適應環(huán)境的轉變,缺乏實用性,難以滿足社會需求。為拓寬導盲機器人的適用范圍,使導盲機器人能夠突破空間限制,在多種多樣的環(huán)境中引導視覺障礙者,本文設計了一種導盲機器人自主導航方法。首先,整體規(guī)劃自主導航機制的原理框架;然后,根據(jù)SLAM算法同步進行二維環(huán)境地圖創(chuàng)建和自身定位;接著,采用A*啟發(fā)式搜索算法在已創(chuàng)建地圖中完成靜態(tài)全局路徑規(guī)劃,并結合改進的人工勢場法在導盲機器人行進過程中實現(xiàn)動態(tài)避障;之后,在ROS系統(tǒng)機制中搭建導盲機器人自主導航軟件控制系統(tǒng),使各性能模塊有序高效地分享數(shù)據(jù)信息,增強控制系統(tǒng)的實時性。分別采用不同的程序語言對A*算法和人工勢場法進行仿真分析,并在ROS框架中繪制各功能之間的通訊節(jié)點圖;最后,在三種典型的環(huán)境下進行實驗。結果表明,與其他導盲方法相比,此方法中導盲機器人不再依賴于其他設備,完全依靠自身實現(xiàn)導航,可以靈活變更使用環(huán)境,突破環(huán)境和空間的限制,適用環(huán)境更廣,導盲精確度更高。在地圖創(chuàng)建過程中的特征估計誤差和自身位置估計誤差,以及在路徑規(guī)劃過程中的軌跡誤差均在小范圍內浮動,相對來說,該策略更為貼合視覺障礙患者的真實需求。此外,研究并總結影響導盲機器人自主導航的不利因素,提出相應措施,為導盲機器人的發(fā)展提供依據(jù)。本文設計的導盲機器人自主導航方法不需要依賴外界設施,能夠創(chuàng)建不同環(huán)境地圖,躲避動態(tài)障礙,適用于多種環(huán)境。實驗證明,該方法使導盲機器人能夠在多種環(huán)境中較為準確的創(chuàng)建二維環(huán)境地圖,導盲機器人行走軌跡與規(guī)劃路徑基本一致,導盲精度相對較高,且能夠靈活適應環(huán)境轉變,普遍適用于室內、外各種環(huán)境,能夠在日�；顒訁^(qū)域引導視覺障礙者,更具社會意義和市場前景。
【關鍵詞】：導盲機器人 自主導航 多種環(huán)境 地圖創(chuàng)建 路徑規(guī)劃 系統(tǒng)設計
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 第1章 緒論15-23
• 1.1 研究背景及價值15-16
• 1.2 導盲系統(tǒng)國內外研究概況16-19
• 1.2.1 導盲設備研究概況16-18
• 1.2.2 導盲機器人導航系統(tǒng)研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 自主導航關鍵技術研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3.1 環(huán)境地圖創(chuàng)建與同步定位19-20
• 1.3.2 路徑規(guī)劃方法20-21
• 1.4 研究內容與方法21-22
• 1.5 本章小結22-23
• 第2章 導航系統(tǒng)23-29
• 2.1 導航系統(tǒng)概述23-24
• 2.2 自主導航系統(tǒng)設計24-28
• 2.2.1 原理及構成25
• 2.2.2 運動參數(shù)獲取25-26
• 2.2.3 通信協(xié)議26-27
• 2.2.4 坐標轉換27-28
• 2.3 本章小結28-29
• 第3章 創(chuàng)建環(huán)境地圖與定位29-40
• 3.1 導盲機器人定位29
• 3.1.1 相對定位29
• 3.1.2 絕對定位29
• 3.1.3 定位方案29
• 3.2 地圖創(chuàng)建方法29-31
• 3.2.1 度量法30
• 3.2.2 拓撲法30
• 3.2.3 混合法30-31
• 3.3 同步定位與制圖(SLAM)31-35
• 3.3.1 系統(tǒng)原理31
• 3.3.2 系統(tǒng)模型31-33
• 3.3.3 問題描述與解決33-35
• 3.4 環(huán)境地圖創(chuàng)建與傳遞35-39
• 3.4.1 地圖創(chuàng)建35-37
• 3.4.2 地圖傳遞37-38
• 3.4.3 誤差來源38-39
• 3.5 本章小結39-40
• 第4章 路徑規(guī)劃40-51
• 4.1 全局路徑規(guī)劃40-44
• 4.1.1 全局路徑規(guī)劃方法40-41
• 4.1.2 A~* 搜索算法41-43
• 4.1.3 A~* 仿真與分析43-44
• 4.2 局部路徑規(guī)劃44-50
• 4.2.1 局部路徑規(guī)劃方法44-45
• 4.2.2 人工勢場法45-48
• 4.2.3 仿真與分析48-50
• 4.3 本章小結50-51
• 第5章 軟件系統(tǒng)構建51-58
• 5.1 控制框架(ROS)51-52
• 5.2 功能包發(fā)布52-54
• 5.3 功能節(jié)點相互通訊54-56
• 5.4 本章小結56-58
• 第6章 導盲機器人實驗研究58-70
• 6.1 實驗系統(tǒng)58-60
• 6.2 多種環(huán)境中自主導航實驗60-67
• 6.2.1 環(huán)境地圖創(chuàng)建61-64
• 6.2.2 在地圖中導航64-66
• 6.2.3 誤差分析66-67
• 6.3 導盲機器人影響因素實驗67-68
• 6.3.1 傳感器位置和地面狀況67
• 6.3.2 障礙物密度67-68
• 6.4 導盲機器人實驗總結68-69
• 6.5 本章小結69-70
• 總結與展望70-72
• 附圖72-74
• 參考文獻74-79
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文79-80
• 致謝80

  本文關鍵詞：導盲機器人自主導航技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：264396