【摘要】：隨著機(jī)器人技術(shù)水平的不斷提升,機(jī)器人逐漸在各行業(yè)表現(xiàn)出其重要的用途。移動(dòng)機(jī)器人主要的任務(wù)是在未知復(fù)雜環(huán)境中,使用自身攜帶的傳感器感知周圍環(huán)境,通過傳感器對(duì)環(huán)境的采樣構(gòu)建環(huán)境地圖,并實(shí)現(xiàn)自身定位和導(dǎo)航,即機(jī)器人的同時(shí)定位與地圖構(gòu)建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)技術(shù)。于此同時(shí),數(shù)據(jù)融合技術(shù)的發(fā)展,使得機(jī)器人使用多種傳感器信息融合提高對(duì)環(huán)境的感知成為可能。因此基于多傳感器信息融合對(duì)移動(dòng)機(jī)器人室內(nèi)導(dǎo)航極具重要意義。本文首先對(duì)機(jī)器人FastSLAM算法進(jìn)行研究,并針對(duì)移動(dòng)機(jī)器人使用單一傳感器對(duì)機(jī)器人位姿估計(jì)與地圖構(gòu)建時(shí)產(chǎn)生的機(jī)器人定位誤差大與構(gòu)建出的地圖精度低的問題,提出基于多傳感器數(shù)據(jù)融合和改進(jìn)的FastSLAM算法。首先將慣性測(cè)量單元(Inertial Measurement Unit,IMU)數(shù)據(jù)信息與里程計(jì)信息使用擴(kuò)展卡爾曼濾波進(jìn)行融合,利用融合后的信息代替原來的里程計(jì)信息以提高里程計(jì)模型精度。然后使用新的里程計(jì)模型與激光的觀測(cè)模型作為FastSLAM的聯(lián)合提議分布,提高FastSLAM模型的精確性。最后改進(jìn)FastSLAM粒子濾波重采樣的方式,減緩粒子退化同時(shí)保持粒子多樣性,最終獲得較為精確的地圖。其次本文對(duì)移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法進(jìn)行了研究,采用全局路徑規(guī)劃與局部路徑規(guī)劃結(jié)合的方式完成移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航任務(wù)。重點(diǎn)研究了全局路徑規(guī)劃方法,針對(duì)狼群算存在探索方向單一,奔走步長(zhǎng)固定和“優(yōu)勝劣汰”淘汰規(guī)則,易導(dǎo)致算法收斂速度慢,易陷入局部最優(yōu)解等問題,提出一種基于改進(jìn)的狼群算法的全局路徑規(guī)劃算法。首先,引入煙花算法的爆炸煙花的探尋規(guī)則來高全局探索能力和局部探索能力。其次,改進(jìn)奔襲行為的移動(dòng)步長(zhǎng),提高奔走行為效率。最后,改進(jìn)狼群算法的更新規(guī)則增加狼群多樣性,以增強(qiáng)算法的全局尋優(yōu)能力。利用上述改進(jìn)的狼群算法結(jié)合局部路徑規(guī)劃動(dòng)態(tài)窗口算法來進(jìn)行移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文方案能夠快速規(guī)劃一條全局最優(yōu)路徑,并在實(shí)際運(yùn)行過程中躲避障礙物到達(dá)目標(biāo)位置。最后通過搭建移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)完成基于信息融合的地圖構(gòu)建和移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)。通過軟件仿真和物理實(shí)驗(yàn)表明,基于多傳感器信息融合和改進(jìn)重采樣規(guī)則的FastSLAM較傳統(tǒng)的FastSLAM能輸出更高精度的先驗(yàn)地圖且更具魯棒性。采用改進(jìn)狼群算法的全局路徑規(guī)劃算法與局部路徑規(guī)劃算法相結(jié)合的方式,能夠獲得一條較高質(zhì)量的全局路徑并實(shí)現(xiàn)自主避障,完成機(jī)器人導(dǎo)航任務(wù)。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文方案的可行性與有效性。因此,本文重在改進(jìn)機(jī)器人FastSLAM算法和移動(dòng)機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法的研究,同時(shí)又兼顧對(duì)機(jī)器人應(yīng)用,具有一定的參考價(jià)值。
【圖文】：

圖 2.1 ROS 計(jì)算圖.2 定位技術(shù)機(jī)器人定位技術(shù)是指機(jī)器人在未知的環(huán)境中確定自己位置的技術(shù)。機(jī)器中探測(cè)自己位置的精確性和實(shí)時(shí)性直接影響機(jī)器人地圖構(gòu)建的質(zhì)量和移導(dǎo)航的精準(zhǔn)。移動(dòng)機(jī)器人在已知環(huán)境中的定位方式主要分為絕對(duì)定位和。絕對(duì)定位是為機(jī)器人設(shè)置一列的參照信標(biāo)，移動(dòng)機(jī)器人在移動(dòng)過程中，自身與這些信標(biāo)的位置關(guān)系，進(jìn)而解算出自己的位置。絕對(duì)定位主要采標(biāo)的定位、環(huán)境地圖模型匹配定位、視覺定位等方法。絕對(duì)定位方法具度高的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)在于使用傳感器價(jià)格的昂貴，計(jì)算量大，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)相對(duì)定位是指移動(dòng)機(jī)器人通過利用自身攜帶的傳感器獲取自身的動(dòng)態(tài)信

圖 2.2 柵格地圖建法首先假設(shè)柵格地圖中的柵格是一個(gè)二元表占用與空閑。用概率方式描述 ( )ip m 此外還存在一種初始狀態(tài) ( ) 0.5ip m 表示區(qū)人周邊環(huán)境不會(huì)發(fā)生改變。占用柵格地圖構(gòu)此地圖的數(shù)學(xué)表達(dá)式由下式表示：( ) ( )ip m p m建法根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)獲得的位姿信息1:tx 和激的后驗(yàn)概率，由于單元格之間相互獨(dú)立，因驗(yàn)概率表示如下：1: 1: 1: 1:( | , ) ( | , )t t i t tip m x z p m z x
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242;TP212

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉子豪;李鑫隆;;試論移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J];電子世界;2017年05期

2 吳天明;;移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J];河南科技;2014年17期

3 王琨;駱敏舟;趙江海;;室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航中信息獲取方法研究綜述[J];機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用;2010年02期

4 陳華志,謝存禧;移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航及其相關(guān)技術(shù)的研究[J];機(jī)床與液壓;2003年04期

5 胡征峰,郭戈;基于信息融合的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)[J];工業(yè)控制計(jì)算機(jī);2003年08期

6 蔡自興,賀漢根,陳虹;未知環(huán)境中移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航控制研究的若干問題[J];控制與決策;2002年04期

7 朱淼良,何志均,傅永建;一個(gè)可移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)[J];機(jī)器人;1989年05期

8 李愛蓮;高策;梁惠明;;移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航方法的分析與研究[J];儀表技術(shù);2013年05期

9 羅鳴;吳懷宇;杜釗君;;基于人機(jī)交互的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航研究[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2013年05期

10 石鴻雁;劉萬里;陳忠菊;;移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航中的混沌識(shí)別[J];沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2009年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 卓睿;陳宗海;陳春林;;強(qiáng)化學(xué)習(xí)在移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航上的應(yīng)用[A];’2004系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2004年

2 何寧強(qiáng);;基于多傳感器信息融合的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航研究[A];中國(guó)計(jì)量協(xié)會(huì)冶金分會(huì)2010年會(huì)論文集[C];2010年

3 吳倚龍;韋洋;郝衛(wèi)東;;移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航和避障系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)[A];2004全國(guó)光學(xué)與光電子學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)、2005全國(guó)光學(xué)與光電子學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)、廣西光學(xué)學(xué)會(huì)成立20周年年會(huì)論文集[C];2005年

4 李果;;移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的層次黑板控制器[A];第三屆全國(guó)控制與決策系統(tǒng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1991年

5 連世江;陳軍;張偉華;賈海政;;農(nóng)業(yè)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)研究初探[A];2007年中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2007年

6 韓盛;李書杰;陳宗海;;移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的信息融合技術(shù)分析與展望[A];第13屆中國(guó)系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

7 何曉蘭;杜尚豐;;移動(dòng)機(jī)器人多傳感器接口設(shè)計(jì)[A];農(nóng)業(yè)工程科技創(chuàng)新與建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)——2005年中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集第一分冊(cè)[C];2005年

8 李書杰;韓盛;陳宗海;;基于環(huán)境剖分的移動(dòng)機(jī)器人層次地圖[A];第13屆中國(guó)系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

9 王紅;周越;;移動(dòng)機(jī)器人的分層式運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法研究[A];第二十七屆中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];2008年

10 王鵬;陳宗海;張啟彬;孫建;包鵬;王繼凱;屈薇薇;;不確定性環(huán)境信息的表達(dá)處理方法綜述[A];系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用（第16卷）[C];2015年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 孟慶華 本報(bào)記者 邱麗娜 首席記者 陳洋;打造全鏈條全天候創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新環(huán)境[N];黑龍江經(jīng)濟(jì)報(bào);2016年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 劉娟;基于時(shí)空信息與認(rèn)知模型的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航機(jī)制研究[D];中南大學(xué);2003年

2 梁華為;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航方法與系統(tǒng)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

3 徐昕;增強(qiáng)學(xué)習(xí)及其在移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航與控制中的應(yīng)用研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2002年

4 徐明亮;強(qiáng)化學(xué)習(xí)及其應(yīng)用研究[D];江南大學(xué);2010年

5 陳鳳東;基于認(rèn)知地圖的移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 鮑合章;基于深度傳感器的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航研究[D];重慶郵電大學(xué);2018年

2 陳旭;基于多傳感器信息融合的地圖構(gòu)建和移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航研究[D];重慶郵電大學(xué);2019年

3 楊光輝;基于深度視覺的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)研究[D];重慶郵電大學(xué);2019年

4 周星;基于增強(qiáng)學(xué)習(xí)算法的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航控制及實(shí)現(xiàn)[D];武漢理工大學(xué);2018年

5 李洋;基于激光雷達(dá)的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D];武漢理工大學(xué);2018年

6 周非同;室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

7 田瑜;面向室內(nèi)環(huán)境的地面移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

8 齊春輝;基于ROS的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2017年

9 劉達(dá)才;移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2018年

10 楊立;室內(nèi)自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的研究[D];暨南大學(xué);2008年

，

本文編號(hào)：2700733