本文關(guān)鍵詞：面向通道避障的Mecanum輪式機(jī)器人路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：移動(dòng)機(jī)器人的避障路徑規(guī)劃是機(jī)器人領(lǐng)域中的關(guān)鍵內(nèi)容。實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在狹窄的通道,當(dāng)通道內(nèi)障礙物分布情況未知且邊緣非結(jié)構(gòu)化時(shí),往往造成機(jī)器人無(wú)法通過(guò),因此針對(duì)性的研究機(jī)器人在該場(chǎng)景下的路徑規(guī)劃問(wèn)題十分必要�，F(xiàn)有的路徑規(guī)劃方法主要針對(duì)于開(kāi)闊空間,對(duì)于空間相對(duì)狹窄的通道場(chǎng)景的適用性較低。因此,研究通道內(nèi)機(jī)器人避障路徑規(guī)劃方法,提高其在該場(chǎng)景下的通過(guò)率及通過(guò)效率,具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。論文針對(duì)上述機(jī)器人在狹窄通道內(nèi)通過(guò)率及通過(guò)效率較低的問(wèn)題,從激光雷達(dá)輸出距離數(shù)據(jù)及反射強(qiáng)度數(shù)據(jù)入手,給出了激光雷達(dá)動(dòng)態(tài)誤差修正方法,提出了考慮激光雷達(dá)反射強(qiáng)度信息的數(shù)據(jù)分割聚類算法。進(jìn)而通過(guò)引入局部目標(biāo)點(diǎn)及虛擬引力,建立了改進(jìn)型的人工勢(shì)場(chǎng)法模型并結(jié)合通道的典型場(chǎng)景及Mecanum輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型對(duì)路徑進(jìn)行優(yōu)化。最后完成了Mecanum輪機(jī)器人在通道內(nèi)的避障路徑規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。主要的研究?jī)?nèi)容包括:(1)激光雷達(dá)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的測(cè)量誤差修正方法。論文通過(guò)對(duì)激光雷達(dá)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下檢測(cè)誤差特點(diǎn)的分析,建立了誤差數(shù)據(jù)與機(jī)器人位姿的關(guān)系模型,進(jìn)而提出了一種激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)修正方法,實(shí)現(xiàn)誤差數(shù)據(jù)的補(bǔ)償。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明,該方法提高了激光雷達(dá)環(huán)境檢測(cè)的準(zhǔn)確性,為后續(xù)環(huán)境數(shù)據(jù)的聚類奠定了基礎(chǔ)。(2)考慮環(huán)境反射強(qiáng)度信息的環(huán)境數(shù)據(jù)的分割聚類方法。針對(duì)傳統(tǒng)的二維激光雷達(dá)數(shù)據(jù)聚類算法準(zhǔn)確率不高的問(wèn)題,論文通過(guò)對(duì)不同介質(zhì)在激光雷達(dá)反射強(qiáng)度信息上呈現(xiàn)的差異性分析,構(gòu)建了融合反射強(qiáng)度信息的非平面環(huán)境數(shù)據(jù)模型,進(jìn)而提出一種基于非平面ABD算法的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)分割聚類方法。最后與傳統(tǒng)算法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明該方法能在實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性上均優(yōu)于傳統(tǒng)算法。(3)基于改進(jìn)型人工勢(shì)場(chǎng)法的避障路徑規(guī)劃方法。針對(duì)人工勢(shì)場(chǎng)法存在局部最小值的問(wèn)題,論文首先在環(huán)境數(shù)據(jù)中選取局部目標(biāo)點(diǎn),然后將機(jī)器人預(yù)計(jì)到達(dá)全局目標(biāo)點(diǎn)的時(shí)間引入到人工勢(shì)場(chǎng)法的引力模型中,從而提出基于時(shí)間虛擬驅(qū)動(dòng)力的人工勢(shì)場(chǎng)法模型。基于此,結(jié)合Mecanum輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)特性,對(duì)改進(jìn)型人工勢(shì)場(chǎng)法得到的路徑進(jìn)行優(yōu)化。最后通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明,改進(jìn)后的方法克服了人工勢(shì)場(chǎng)法的缺陷,提高了通道場(chǎng)景下機(jī)器人的通過(guò)率及通過(guò)效率。最后,綜合上述研究成果,對(duì)Mecanum輪式機(jī)器人通道內(nèi)避障行進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用效果表明,本文設(shè)計(jì)的避障行進(jìn)系統(tǒng)在狹窄的通道內(nèi)能夠精準(zhǔn)的獲取障礙物位置,并安全的完成起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置的避障行進(jìn)。
【關(guān)鍵詞】：通道場(chǎng)景 避障路徑規(guī)劃 激光雷達(dá) 人工勢(shì)場(chǎng)法 反射強(qiáng)度
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 障礙物檢測(cè)研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 局部避障路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 課題的目的及研究意義12-13
• 1.4 論文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排13-14
• 1.5 本章小結(jié)14-15
• 2 機(jī)器人避障路徑規(guī)劃的總體設(shè)計(jì)方案15-25
• 2.1 機(jī)器人平臺(tái)與坐標(biāo)系模型概述15-19
• 2.1.1 Mecanum輪式機(jī)器人平臺(tái)15-18
• 2.1.2 坐標(biāo)系模型18-19
• 2.2 Mecanum輪式機(jī)器人避障路徑規(guī)劃環(huán)境及條件19-20
• 2.3 Mecanum輪式機(jī)器人避障路徑規(guī)劃總體設(shè)計(jì)方案20-21
• 2.4 存在的問(wèn)題分析21-23
• 2.4.1 二維激光雷達(dá)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的測(cè)量誤差21-22
• 2.4.2 二維激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)聚類算法22-23
• 2.4.3 人工勢(shì)場(chǎng)法的局部最小值陷阱問(wèn)題23
• 2.5 本章小結(jié)23-25
• 3 通道及障礙物的識(shí)別25-51
• 3.1 問(wèn)題的提出25-26
• 3.2 激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理26-33
• 3.2.1 激光雷達(dá)數(shù)據(jù)預(yù)處理26-28
• 3.2.2 掃描數(shù)據(jù)的修正28-30
• 3.2.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換30-33
• 3.3 通道及障礙物的識(shí)別33-43
• 3.3.1 通道及障礙物模型的建立33-35
• 3.3.2 基于非平面ABD數(shù)據(jù)分割算法35-40
• 3.3.3 特征匹配40-43
• 3.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析43-50
• 3.4.1 激光雷達(dá)數(shù)據(jù)修正43-46
• 3.4.2 激光雷達(dá)數(shù)據(jù)分割聚類46-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 4 基于改進(jìn)型人工勢(shì)場(chǎng)法的避障路徑規(guī)劃51-73
• 4.1 問(wèn)題的提出51
• 4.2 基于時(shí)間虛擬驅(qū)動(dòng)力的人工勢(shì)場(chǎng)模型51-55
• 4.2.1 傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)法模型51-53
• 4.2.2 時(shí)間虛擬驅(qū)動(dòng)力的提出53-54
• 4.2.3 基于時(shí)間虛擬驅(qū)動(dòng)力的人工勢(shì)場(chǎng)模型54-55
• 4.3 基于改進(jìn)型人工勢(shì)場(chǎng)法的避障路徑規(guī)劃55-61
• 4.3.1 局部目標(biāo)點(diǎn)的選取56-59
• 4.3.2 改進(jìn)型人工勢(shì)場(chǎng)模型建立59-60
• 4.3.3 避障路徑的生成60
• 4.3.4 Matlab仿真60-61
• 4.4 Mecanum輪式機(jī)器人通道內(nèi)避障路徑的修正61-65
• 4.4.1 通道內(nèi)典型的障礙物分布場(chǎng)景61
• 4.4.2 Mecanum輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型61-63
• 4.4.3 通道內(nèi)避障路徑的修正63-65
• 4.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析65-71
• 4.5.1 避障路徑規(guī)劃實(shí)驗(yàn)流程65-66
• 4.5.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程66-69
• 4.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析69-71
• 4.6 本章小結(jié)71-73
• 5 機(jī)器人通道內(nèi)避障路徑規(guī)劃的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)73-87
• 5.1 引言73
• 5.2 系統(tǒng)功能概述及模塊設(shè)計(jì)73-77
• 5.2.1 系統(tǒng)功能概述73
• 5.2.2 功能模塊設(shè)計(jì)73-77
• 5.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程77-79
• 5.4 應(yīng)用效果分析79-85
• 5.4.1 應(yīng)用展示79-81
• 5.4.2 效果分析81-85
• 5.5 本章小結(jié)85-87
• 6 總結(jié)與展望87-89
• 6.1 本文總結(jié)87-88
• 6.2 研究展望88-89
• 致謝89-91
• 參考文獻(xiàn)91-95
• 附錄95
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間公開(kāi)的發(fā)明專利95
• B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目95

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