發(fā)布時(shí)間：2017-08-10 22:13

  本文關(guān)鍵詞：室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃方法研究

  更多相關(guān)文章： 移動(dòng)機(jī)器人 區(qū)域覆蓋 路徑規(guī)劃 代價(jià)地圖 最小樹 車式機(jī)器人

【摘要】：模擬人類對(duì)感知信息的定性推理方式處理不確定環(huán)境信息已成為智能移動(dòng)機(jī)器人研究的關(guān)鍵。在移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航過程中,機(jī)器人通過傳感器獲取環(huán)境的有效信息,完成自身定位并建立合理的環(huán)境模型。在此基礎(chǔ)上,移動(dòng)機(jī)器人得以廣泛應(yīng)用于區(qū)域覆蓋及路徑規(guī)劃。目前,在有限的空間內(nèi)合理、高效以及自適應(yīng)地完成覆蓋任務(wù)是區(qū)域覆蓋課題的主要研究方向。本文著眼于移動(dòng)機(jī)器人區(qū)域覆蓋中路徑規(guī)劃方面的問題。首先,對(duì)機(jī)器人獲取的環(huán)境信息進(jìn)行處理,即根據(jù)粗糙、不確定的傳感器信息建立移動(dòng)機(jī)器人區(qū)域覆蓋所需要的代價(jià)地圖；然后,基于對(duì)室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃和區(qū)域覆蓋技術(shù)方法的研究和分析,提出了多區(qū)域復(fù)雜環(huán)境下的區(qū)域覆蓋策略；最后,針對(duì)動(dòng)力學(xué)受限的車式移動(dòng)機(jī)器人,本文也提出了有效的覆蓋方法實(shí)現(xiàn)區(qū)域覆蓋。本文的主要工作如下：1.移動(dòng)機(jī)器人室內(nèi)區(qū)域覆蓋的環(huán)境模型描述,環(huán)境描述包括環(huán)境特征檢測和代價(jià)地圖創(chuàng)建兩個(gè)方面。在環(huán)境特征檢測方面,對(duì)于參數(shù)空間的量化單位影響霍夫變換提取直線特征的精度問題，提出了一種霍夫變換中參數(shù)空間量化單位自適應(yīng)調(diào)整的方法。首先,根據(jù)采樣數(shù)據(jù)建立樣本統(tǒng)計(jì)模型,并確定該模型的參數(shù)；然后,根據(jù)模型參數(shù)隨量化單位的變化趨勢(shì)以及樣本信息的分布特征,提出量化單位的自適應(yīng)調(diào)整策略,從而獲取優(yōu)化的量化單位；最后,將優(yōu)化的量化單位應(yīng)用于霍夫變換特征檢測。在代價(jià)地圖創(chuàng)建方面,將創(chuàng)建的先驗(yàn)地圖依據(jù)柵格代價(jià)分配規(guī)則轉(zhuǎn)化成動(dòng)態(tài)代價(jià)地圖,為機(jī)器人覆蓋工作提供實(shí)時(shí)的環(huán)境信息。2.針對(duì)室內(nèi)多區(qū)域復(fù)雜環(huán)境,在代價(jià)地圖下,本文提出了一種基于最小樹的多區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃方法。首先,將代價(jià)地圖分割成若干個(gè)區(qū)域塊，，再對(duì)區(qū)域塊作二次單元分割處理得到子區(qū)域信息；然后,根據(jù)子區(qū)域間的鄰接關(guān)系構(gòu)建圖模型,將基于最小樹的子區(qū)域規(guī)劃算法應(yīng)用于該圖得到子區(qū)域規(guī)劃序列,利用基于Dijkstra算法的區(qū)域轉(zhuǎn)移算法得到區(qū)域間轉(zhuǎn)移路徑,并在子區(qū)域內(nèi)使用往返覆蓋策略,以此實(shí)現(xiàn)區(qū)域的全覆蓋；最后,在線驗(yàn)證該方法的有效性。3.提出車式移動(dòng)機(jī)器人的室內(nèi)覆蓋方法。由于該類機(jī)器人受限于轉(zhuǎn)彎半徑和速度的約束,并且室外環(huán)境下的車式移動(dòng)機(jī)器人大多借助于GPS定位,但GPS在室內(nèi)環(huán)境局限性較大。對(duì)此,本文提出了將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移方法與往返運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的覆蓋策略,使得車輛具有倒車、轉(zhuǎn)向能力,保證車輛整個(gè)覆蓋過程的可靠性和連續(xù)性。本文以室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃方法為研究重點(diǎn),將提出的方法與其它方法作對(duì)比,在線應(yīng)用于室內(nèi)多種類型的環(huán)境中。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文提出的方法在多區(qū)域塊環(huán)境的覆蓋時(shí)間和重復(fù)覆蓋率都會(huì)明顯降低,并且可以解決覆蓋過程存在的“串門”現(xiàn)象,從而保證了本文提出方法的有效性和普適性。
【關(guān)鍵詞】：移動(dòng)機(jī)器人 區(qū)域覆蓋 路徑規(guī)劃 代價(jià)地圖 最小樹 車式機(jī)器人
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)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】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第1章 緒論14-26
• 1.1 研究背景及意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-24
• 1.2.1 機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r15-17
• 1.2.2 路徑規(guī)劃國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-21
• 1.2.3 區(qū)域覆蓋國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-24
• 1.3 論文研究內(nèi)容及章節(jié)安排24-26
• 第2章 室內(nèi)區(qū)域覆蓋環(huán)境特征檢測及代價(jià)地圖創(chuàng)建26-40
• 2.1 引言26-27
• 2.2 霍夫變換27-29
• 2.3 樣本分布信息的獲取29-31
• 2.3.1 樣本統(tǒng)計(jì)模型29-30
• 2.3.2 獲取樣本分布信息30-31
• 2.4 自適應(yīng)參數(shù)調(diào)整31-33
• 2.5 移動(dòng)機(jī)器人特征檢測實(shí)驗(yàn)及分析33-36
• 2.5.1 實(shí)驗(yàn)配置33-34
• 2.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析34-36
• 2.6 代價(jià)地圖創(chuàng)建36-38
• 2.6.1 代價(jià)地圖柵格代價(jià)分配36-37
• 2.6.2 代價(jià)地圖創(chuàng)建實(shí)例37-38
• 2.7 結(jié)論38-40
• 第3章 基于最小樹的移動(dòng)機(jī)器人多區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃40-56
• 3.1 引言40-41
• 3.2 代價(jià)地圖分割41-42
• 3.3 移動(dòng)機(jī)器人區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃算法42-46
• 3.3.1 基于最小樹的子區(qū)域規(guī)劃算法42-44
• 3.3.2 基于Dijkstra的區(qū)域轉(zhuǎn)移算法44-46
• 3.4 移動(dòng)機(jī)器人行為規(guī)劃46-50
• 3.4.1 輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)特性46-48
• 3.4.2 基于速度空間分解的機(jī)器人行為規(guī)劃48-50
• 3.5 移動(dòng)機(jī)器人區(qū)域覆蓋實(shí)驗(yàn)50-54
• 3.5.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)配置50-51
• 3.5.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境51-52
• 3.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析52-54
• 3.6 總結(jié)54-56
• 第4章 車式移動(dòng)機(jī)器人室內(nèi)區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃方法56-64
• 4.1 引言56-58
• 4.2 車式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型58-59
• 4.3 車式機(jī)器人室內(nèi)區(qū)域覆蓋方法思路59-60
• 4.4 車式移動(dòng)機(jī)器人區(qū)域覆蓋實(shí)驗(yàn)60-62
• 4.5 總結(jié)62-64
• 第5章 總結(jié)與展望64-66
• 5.1 工作總結(jié)64-65
• 5.2 工作展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-72
• 致謝72-74
• 在讀期間發(fā)表的論文與取得的其他研究成果74

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：652927