室外环境基于多传感器履带式机器人自主导航

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:visualstudio2003
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履带式机器人的特殊机械构造可保证其在野外环境的高适应性。自主导航能够完成环境信息的捕获及决策,为履带式机器人智能应用提供基础。本文旨在考虑野外特殊环境,研究履带式机器人未知环境巡回自主导航及其应用。论文主要工作如下:  首先,为了实现自主导航,对履带式机器人路径规划问题进行了研究。考虑到履带式机器人特殊情况面临的困难及其工程应用实时性要求,选取人工势场法对其进行路径规划。针对其复杂环境震荡问题,提出加入模糊决策,动态解决复杂环境参数选择问题。借助专家经验进行模糊决策,调整移动机器人各时刻合力大小和方向,解决斥力常数、引力方向偏角以及机器人行驶速度的不确定性问题。  其次,为了实现履带式机器人在空旷地区精确定位,采用GPS与里程计信息融合。但是考虑林荫道路下 GPS信号存在跳变或者丢失,定位精度无法保证,提出对履带式机器人进行定位校正。借助于视觉系统提取相邻时刻环境信息,通过 SIFT算法进行相同特征点匹配,测量地标深度信息。再利用 EKF算法结合里程计状态值和视觉系统测量值,校正目标位置信息。此外,针对室外环境协方差矩阵变化明显,EKF推理结果无法准确描述环境干扰问题,引入模糊决策对协方差参数进行调整。  最后,完成履带式机器人自主导航系统硬件实现。详细分析履带式机器人控制系统,包括机械结构和组件规格参数、工业控制计算机和直流伺服驱动器等处理设备。建立运动学和动力学数学模型,以及选择系统环境感知的传感器,实现室外环境履带式机器人的自主导航。
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