中國(guó)作為世界上國(guó)土面積第三大的國(guó)家,東臨太平洋,擁有廣闊的海域以及綿長(zhǎng)的海岸線。人們?cè)诮^(qū)域存在大量的兩棲環(huán)境下的作業(yè)需求。能夠在各種復(fù)雜介質(zhì)中自如穿行的兩棲機(jī)器人,成為了人們進(jìn)行兩棲復(fù)雜作業(yè)的得力幫手。當(dāng)兩棲機(jī)器人在執(zhí)行重復(fù)作業(yè)的時(shí)候,由于野外環(huán)境通常地形起伏、介質(zhì)多變,對(duì)目標(biāo)軌跡的實(shí)時(shí)跟蹤是一個(gè)亟待解決的難題。為了解決六足兩棲機(jī)器人野外環(huán)境的高效軌跡跟蹤問題,本文提出了基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型預(yù)測(cè)控制算法。首先,將實(shí)際采集的大量?jī)蓷珯C(jī)器人運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)輸入深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中進(jìn)行訓(xùn)練,得到了給定地圖較為精確的兩棲機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。之后,通過深度相機(jī)實(shí)時(shí)采集前方路面點(diǎn)云,并以此構(gòu)建實(shí)時(shí)地形高度圖和兩棲機(jī)器人高度模型,隨后將上述兩種模型進(jìn)行像素級(jí)灰度值比較,確定足與地面接觸點(diǎn),并通過構(gòu)建誤差函數(shù)、矩陣奇異值分解,求解了接觸點(diǎn)擬合而成的機(jī)身法向量,實(shí)現(xiàn)了兩棲機(jī)器人實(shí)時(shí)姿態(tài)估計(jì)。隨后,本文結(jié)合提出的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型與姿態(tài)估計(jì)算法,通過構(gòu)建了基于位姿誤差和控制變量的代價(jià)函數(shù),確定了包含運(yùn)動(dòng)學(xué)約束、控制幅值約束、初始狀態(tài)約束在內(nèi)的兩棲機(jī)器人運(yùn)動(dòng)約束,制定了與目標(biāo)點(diǎn)距離相關(guān)的預(yù)測(cè)周期估計(jì)策略,并通過... 

【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 兩棲機(jī)器人研究現(xiàn)狀
        1.2.2 軌跡跟蹤算法研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 兩棲機(jī)器人系統(tǒng)平臺(tái)搭建
    2.1 兩棲機(jī)器人硬件平臺(tái)搭建
    2.2 兩棲機(jī)器人仿真平臺(tái)搭建
        2.2.1 地圖構(gòu)建
        2.2.2 兩棲機(jī)器人仿真建模
        2.2.3 兩棲機(jī)器人仿真步態(tài)設(shè)計(jì)
    2.3 目標(biāo)軌跡設(shè)計(jì)
    2.4 本章小結(jié)
第3章 基于深度學(xué)習(xí)的兩棲機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模
    3.1 數(shù)據(jù)采集
    3.2 網(wǎng)絡(luò)框架設(shè)計(jì)及訓(xùn)練
        3.2.1 全連接層
        3.2.2 激活函數(shù)
        3.2.3 損失函數(shù)
        3.2.4 Dropout
        3.2.5 學(xué)習(xí)率
        3.2.6 批處理
        3.2.7 參數(shù)優(yōu)化
    3.3 訓(xùn)練結(jié)果
        3.3.1 顛簸地形數(shù)據(jù)集
        3.3.2 山脊地形數(shù)據(jù)集
    3.4 本章小結(jié)
第4章 基于地形深度圖的兩棲機(jī)器人姿態(tài)估計(jì)
    4.1 實(shí)時(shí)地形高度圖構(gòu)建
        4.1.1 機(jī)器人前方點(diǎn)云地圖
        4.1.2 機(jī)器人前方高度地圖模型
    4.2 兩棲機(jī)器人高度模型構(gòu)建
    4.3 兩棲機(jī)器人實(shí)時(shí)姿態(tài)估計(jì)
    4.4 結(jié)論
第5章 基于模型預(yù)測(cè)控制的軌跡跟蹤算法
    5.1 模型預(yù)測(cè)控制
        5.1.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型
        5.1.2 代價(jià)函數(shù)
        5.1.3 優(yōu)化求解
        5.1.4 約束條件
        5.1.5 最優(yōu)控制序列
        5.1.6 預(yù)測(cè)周期
    5.2 基于描點(diǎn)直行的軌跡跟蹤控制算法
    5.3 本章小結(jié)
第6章 仿真驗(yàn)證
    6.1 姿態(tài)估計(jì)仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)
        6.1.1 實(shí)時(shí)姿態(tài)估計(jì)
        6.1.2 不含實(shí)時(shí)姿態(tài)估計(jì)
    6.2 山脊地形仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)
    6.3 顛簸地形仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)
        6.3.1 整體軌跡誤差
    6.4 分段軌跡對(duì)比
        6.4.1 軌跡跟蹤時(shí)長(zhǎng)
        6.4.2 軌跡跟蹤誤差及安全率
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]D-H坐標(biāo)系下兩棲機(jī)器魚正向運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J]. 晁貫良,王衛(wèi)兵,牛健文,宋金輝.  機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2012(03)
[2]仿鱷魚水陸兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 王田苗,仲啟亮,孟剛,梁建宏,劉永軍.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2010(13)
[3]兩棲機(jī)器人輪槳腿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 唐元貴,張艾群,俞建成,張雪強(qiáng).  機(jī)器人. 2009(03)



本文編號(hào)：3725702