文档介绍：中国海洋大学
硕士学位论文
室外自主移动机器人导航系统及其仿真软件的设计与实现
姓名:冉昕
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:李欣
20080601
室外自主移动机器人导航系统及其仿真软件的设计与实现摘要自主式移动机器人具有高度自规划、自组织和自适应能力,适合于在复杂的非结构化环境中工作。其目标是在没有人的干预、无需对环境做任何规定和改变的条件下有目的地移动和完成相应任务。所以,在自主式移动机器人相关技术中,导航是其中一个重要组成部分,也是移动机器人实现智能化以至完全自主的关键技术。我国在智能移动机器人研究方面虽然已经取得了一定的成果,但由于起步较晚,在研究和应用方面都落后于一些西方国家,而且还没有达到完全实用。因此,进行这项研究,具有一定的理论意义和工程应用意义。移动机器人导航系统主要内容包括移动机器人的定位和路径规划。为了赋予机器人智能和自主的能力,本文对移动机器人导航系统及其仿真软件进行了分析研究。首先介绍了移动机器人的发展状况,分析了国内外移动机器人研究现状。并综合分析比较了目前常用的移动机器人定位和路径规划技术,结合设计需求,提出了室外自主移动机器人定位及路径规划比较合理的总体设计方案。针对定位本文分析研究了ㄎ唬珼己皆怼定位存在误差大,有盲区等缺点;而航位推算存在初始准确但误差随时间累积的问题。因此,对移动机器人运动进行建模并使用卡尔曼滤波将二者数据进行融合,综合二者的优点,可以有效提高定位精度。通过实验表明,滤波后定位效果大大好于单独使用蛘逥ㄎ弧为了对移动机器人的定位、运动控制和路径规划进行研究,编写了通用的二维移动机器人仿真软件U媸的D饬耸导驶肪常蟠筇岣吡怂惴ǖ难橹ば剩并为以后的实验提供方便。并在此基础上,设计并实现了三维机器人仿真软件O喽杂诙腞,梢愿玫囟曰魅思捌湓硕肪辰心D猓大大提高仿真的有效性。
针对路径规划本文分析研究了基于行为的运动控制算法,将其应用于室外移动机器人的导航控制中。借鉴免疫网络的原理,构建了一个行为仲裁系统,对行为单元进行协调。系统能根据外部环境动态地改变行为单元的优先级,同时考虑到反应式控制体系固有的缺陷,添加规划推理模块对系统进行推理和指导,增强系统对环境的适应能力和灵活性。使用癛仿真软件并对路径规划算法进行了验证。实验结果表明,在比较理想的情况下,算法可以很好地完成机器人导航任务。在仿真的基础上,使用硬件平台对算法进行验证,并分析了实验结果。最后对全文工作进行总结,并对研究工作的继续深入提出设想。关键字:定位;卡尔曼滤波;路径规划;仿真;人工免疫;设计模式
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把引言机器人技术的发展是一个和工业自动化程度的重要标志和体现。机器人在当前生产生活中的应用越来越广泛,正在替代人发挥着日益重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,集成了多学科的发展成果,代表高新技术的发展前沿,是当前科技研究的热点方向,因此对于机器人技术的研究引起了人们日益广泛的重视。机器人的英文单词来源于捷克语“”,意思是“工作<蜓灾器人是一种带有外部传感器的可编程的操作机,可以完成各种装配作业。根据这一定义,机器人必须具有智能,这种智能通常取决于同控制和传感系统有关的计算机算法。但进入世纪年代以来,由于具有一般功能的传统工业机器人的应用趋向饱和,而许多高级生产和特种应用需要各种智能机器人的参与,因而促使智能机器人获得较为迅速的发展。所以,开发各种智能机器人,以求提高机器人的性能,扩大其功能和应用领域是复苏和继续发展机器人产业的一条重要途径室外智能移动机器人是机器人研究领域中的一