本文關鍵詞：基于ROS的移動服務機器人進門過程關鍵技術(shù)研究

  更多相關文章： 移動服務機器人 進門 運動學分析 物體識別 ROS

【摘要】：在非結(jié)構(gòu)化的家庭環(huán)境或者辦公環(huán)境中提供服務的移動操作機器人,必須具有自主進門的功能。進門功能可以使機器人擴大工作區(qū)域,具有重要的研究意義。本文基于ROS(Robot Operating System),針對旋轉(zhuǎn)門和側(cè)拉門兩種典型的門和門把手,對機器人開門和進門過程中的關鍵技術(shù)進行研究。本文首先在移動機器人樣機上搭建了hydro版本的ROS,基于ROS功能包實現(xiàn)移動機器人樣機的SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)和自主導航功能。研究機器人差速移動平臺的位移控制,對其進行運動學建模和位移控制分析,并且通過進門操作仿真驗證控制的正確性。對7自由度冗余機械臂進行運動學分析,確定連桿坐標系布局和D-H參數(shù)表。根據(jù)各個連桿的齊次變換矩陣,獲得機械臂正運動學。新定義一個elbow坐標系來求解機械臂逆運動學,并對求解方法進行驗證。針對開旋轉(zhuǎn)門,建立機械臂和移動平臺同步控制方法,并且確定同步控制過程中各個坐標系之間的關系。在兩種類型的門把手旁貼上不同的標簽,利用雙目立體視覺相機bumblebee2基于SURF(Speeded up robust features)算法檢測該標簽的類型和位置,確定機器人的開門策略以及門把手的大致位置�？刂剖肿μ綔y門把手附近區(qū)域,結(jié)合視覺數(shù)據(jù)與腕部力/力矩傳感器反饋數(shù)據(jù),判斷門把手精確位置及抓取著力點。基于直線分割、擬合等方法處理激光數(shù)據(jù),獲取門寬度和打開寬度等信息;基于A*算法規(guī)劃進門路徑。在Gazebo中創(chuàng)建了移動機器人和實驗場景的仿真模型,創(chuàng)建并且配置控制相關的功能包,實現(xiàn)SLAM、導航功能和機械臂軌跡控制。設計HTN(Hierarchical Task Network)規(guī)劃器,規(guī)劃進門過程中原子任務序列。在綜合仿真中,移動機器人運用本文所述識別與同步控制方法,成功完成了對旋轉(zhuǎn)門和側(cè)拉門的打開、通過控制。證明本文所述方法適用于移動服務機器人的進門任務。
【關鍵詞】：移動服務機器人 進門 運動學分析 物體識別 ROS
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 課題來源10
• 1.2 課題背景及研究的目的和意義10-12
• 1.3 國內(nèi)外相關技術(shù)發(fā)展12-17
• 1.3.1 移動服務機器人研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 機器人定位和導航研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.3 機器人開門操作研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.4 機器人仿真系統(tǒng)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 主要研究內(nèi)容17-18
• 第二章 ROS平臺搭建和移動平臺運動學分析18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 ROS的基本介紹18-20
• 2.2.1 ROS系統(tǒng)的架構(gòu)19
• 2.2.2 ROS的計算圖級19-20
• 2.3 ROS平臺搭建20-26
• 2.3.1 機器人SLAM實現(xiàn)21-23
• 2.3.2 機器人導航實現(xiàn)23-26
• 2.4 差速移動平臺運動學分析26-31
• 2.4.1 建立運動學模型26-27
• 2.4.2 求解位移正解27-28
• 2.4.3 求解位移逆解28-30
• 2.4.4 仿真驗證30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第三章 機械臂運動學和同步運動控制方法32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 機械臂正運動學32-35
• 3.3 機械臂逆運動學35-38
• 3.3.1 第四關節(jié)角求解36-37
• 3.3.2 前三關節(jié)角求解37-38
• 3.3.3 后三關節(jié)角求解38
• 3.3.4 機械臂運動學驗證38
• 3.4 同步運動控制38-41
• 3.4.1 同步控制策略39-40
• 3.4.2 同步控制坐標系40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第四章 SURF算法設計和進門相關規(guī)劃綜述42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 SURF算法設計42-45
• 4.2.1 SURF算法原理42-43
• 4.2.2 SURF算法程序設計43-44
• 4.2.3 SURF算法功能實現(xiàn)44-45
• 4.3 傳感器選用45-48
• 4.3.1 壓力傳感器選型45-46
• 4.3.2 壓力傳感器標定46-48
• 4.3.3 六維力/力矩傳感器選型48
• 4.4 處理激光數(shù)據(jù)48-52
• 4.4.1 提取門尺寸信息49-51
• 4.4.2 規(guī)劃進門路徑51-52
• 4.5 進門綜述52-53
• 4.6 本章小結(jié)53-54
• 第五章 Gazebo下模型構(gòu)建和進門操作仿真54-68
• 5.1 引言54
• 5.2 Gazebo下模型構(gòu)建54-59
• 5.2.1 URDF模型構(gòu)建55-57
• 5.2.2 SDF模型構(gòu)建57-59
• 5.3 Gazebo下控制實現(xiàn)59-64
• 5.3.2 Gazebo下SLAM和導航實現(xiàn)60-61
• 5.3.3 Gazebo下機械臂運動控制61-63
• 5.3.4 HTN規(guī)劃器控制63-64
• 5.4 Gazebo下進門操作仿真64-66
• 5.4.1 側(cè)拉門操作仿真64-65
• 5.4.2 旋轉(zhuǎn)門進門操作仿真65-66
• 5.5 本章小結(jié)66-68
• 結(jié)論68-69
• 參考文獻69-74
• 致謝74

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本文編號：1097404