【摘要】：隨著科學技術(shù)的發(fā)展及人們生活水平的提高,室內(nèi)移動機器人取得了快速的發(fā)展及廣泛的應(yīng)用。自主導航技術(shù)是室內(nèi)移動機器人的最基本也是最重要的一項技術(shù),是完成其他智能化任務(wù)的前提。為了實現(xiàn)室內(nèi)移動機器人應(yīng)用的普及化,研究一種高精度、低成本的機器人導航系統(tǒng)有著重要的意義,相對于其他傳感器,超聲波傳感器具有定位精度高、低成本等優(yōu)勢,同時也具有定位范圍較小的缺點。因此本課題研究了較大范圍下利用超聲波傳感器進行高精度定位的方法,并在此基礎(chǔ)上進行了路徑規(guī)劃算法的研究,最終實現(xiàn)了室內(nèi)移動機器人的自主導航。首先,分析了超聲波傳感器定位的基本原理,針對其定位范圍小,設(shè)計了環(huán)繞式超聲波模塊并且通過動態(tài)測量改進超聲波定位算法。建立雙重擴展卡爾曼濾波模型將改進超聲波算法定位數(shù)據(jù)與基于編碼器的航位推算定位數(shù)據(jù)進行融合以得到最優(yōu)位姿,并且通過matlab仿真驗證了本文定位算法的在保證定位精度的前提下大大擴大了移動機器人的定位范圍。其次,采用柵格法描述地圖,提出了一種基于改進A*算法全局路徑規(guī)劃與基于模糊控制局部路徑規(guī)劃相結(jié)合的算法。在matlab環(huán)境下對A*算法及改進A*算法進行對比驗證,結(jié)果表明改進后的A*算法轉(zhuǎn)折次數(shù)減少并且效率明顯提高,有利于移動機器人導航的實時控制,建立了基于模糊控制的局部路徑規(guī)劃系統(tǒng),通過仿真驗證了移動機器人局部避障的可行性。最后進行了基于改進A*與基于模糊控制路徑規(guī)劃結(jié)合算法仿真,結(jié)果表明該算法能夠高效規(guī)劃出較為平滑的路徑并且能夠?qū)崿F(xiàn)移動機器人局部避障。再次,進行了移動機器人的硬件部分的搭建以及程序的設(shè)計,硬件部分包括超聲波定位系統(tǒng)的硬件搭建、基于下位機主控的硬件搭建;軟件部分包括發(fā)射控制器、接收控制器程序設(shè)計、基于下位機傳感器讀取及電機控制程序的設(shè)計、最終完成了導航系統(tǒng)主控程序的設(shè)計。最后,通過實驗驗證本文基于超聲波傳感器的定位及路徑規(guī)劃算法。結(jié)果表明本文算法擴大了超聲波傳感器的定位范圍且定位精度小于10cm能夠滿足室內(nèi)定位的要求,并能夠?qū)崿F(xiàn)機器人實時導航及局部避障。
【圖文】：

美國的機器人研制水平在國際上一直處于領(lǐng)先地位，其生產(chǎn)出來的機器僅先進、技術(shù)水平高、并且實用價值很高。iRobot 作為美國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)成功的企業(yè)之一，在家用機器人、醫(yī)療機器人、教育機器人等行業(yè)都有很的產(chǎn)品[5]。僅在家用清潔機器人產(chǎn)品上，在 2013 年銷售量就突破 1000 萬臺機器人史上的服務(wù)類清潔機器人的最好銷售成績。如圖 1-1 所示，是由美制的治療中風的機器人已經(jīng)在很多醫(yī)院開始使用，其具有能通過網(wǎng)絡(luò)與異醫(yī)生通訊的功能，并且網(wǎng)絡(luò)另一端的醫(yī)生可以對機器人遠程操控。日本對器人的研制也是非常重視，一直用長遠的眼光看待機器人產(chǎn)業(yè)并且大力支持005 年日本機器人占世界擁有量的 40%，約有 37 萬個機器人在使用。由于經(jīng)濟低迷的影響，至 2012 年，，投入使用的機器人數(shù)量下降至31.5萬臺但仍界擁有量的 30%。據(jù)日本機器人的工業(yè)會預計，到 2020 年，日本機器人值將達到 2.75 萬億日元[6]。如圖 1-2 所示，為日本“AR”系列的家務(wù)幫手類人，它共有 5 臺照相機用來確定周圍環(huán)境的具體位置。早期研制的“AR”系器人無法識別形狀不規(guī)則的物體，最新的“AR”機器人能識別衣物上的不規(guī)皺并進行區(qū)分，啟動洗衣的程序。除此之外，“AR”機器人在拖地時，還可開桌邊的椅子，將桌子下的地面清掃干凈并在打掃完成后將椅子放回原處

美國的機器人研制水平在國際上一直處于領(lǐng)先地位，其生產(chǎn)出來的機器僅先進、技術(shù)水平高、并且實用價值很高。iRobot 作為美國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)成功的企業(yè)之一，在家用機器人、醫(yī)療機器人、教育機器人等行業(yè)都有很的產(chǎn)品[5]。僅在家用清潔機器人產(chǎn)品上，在 2013 年銷售量就突破 1000 萬臺機器人史上的服務(wù)類清潔機器人的最好銷售成績。如圖 1-1 所示，是由美制的治療中風的機器人已經(jīng)在很多醫(yī)院開始使用，其具有能通過網(wǎng)絡(luò)與異醫(yī)生通訊的功能，并且網(wǎng)絡(luò)另一端的醫(yī)生可以對機器人遠程操控。日本對器人的研制也是非常重視，一直用長遠的眼光看待機器人產(chǎn)業(yè)并且大力支持005 年日本機器人占世界擁有量的 40%，約有 37 萬個機器人在使用。由于經(jīng)濟低迷的影響，至 2012 年，投入使用的機器人數(shù)量下降至31.5萬臺但仍界擁有量的 30%。據(jù)日本機器人的工業(yè)會預計，到 2020 年，日本機器人值將達到 2.75 萬億日元[6]。如圖 1-2 所示，為日本“AR”系列的家務(wù)幫手類人，它共有 5 臺照相機用來確定周圍環(huán)境的具體位置。早期研制的“AR”系器人無法識別形狀不規(guī)則的物體，最新的“AR”機器人能識別衣物上的不規(guī)皺并進行區(qū)分，啟動洗衣的程序。除此之外，“AR”機器人在拖地時，還可開桌邊的椅子，將桌子下的地面清掃干凈并在打掃完成后將椅子放回原處
【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】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：2519956