无人救援机器人自主导航系统的研究

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随着近年来救援机器人智能技术在理论研究和实际应用上的快速发展,多参数和高智能的救援机器人已经成为一个热门研究方向。救援机器人能否安全可靠的完成救援任务,很大程度上依靠于自主导航定位技术的实时性、准确性和稳定性。自主导航定位技术在环境上经历了结构化的室内环境到未知的非结构化的室外环境的发展历程,在控制方式上,经历了人工控制、遥控控制、全自主控制的发展历程。其中VFH(Viewpoint Feature Histogram)算法在该领域中的应用,加速了导航定位的智能化速度。本文针对提高救援机器人自主运动能力不足的问题,采用北斗作为基本导航定位传感器,激光雷达获取环境信息,应用多传感器在不同环境中获取、处理数据信息,提出一种改进的VFH避障算法,提高了救援机器人自主导航的性能,并完成了以下主要工作:首先,通过了解自主导航系统的组成方式、主要功能和工作原理,发现自主导航技术在定位方面存在获取数据不准确、稳定性差等问题。所以,选用我国自主研制的北斗系统进行定位,通过配置北斗系统的基站和移动站获取差分定位信息,将自主导航的定位精度由米级单位提高到厘米级,实验验证了此方法提高导航定位的准确性和稳定性,并给出了详细的实验结果分析。其次,在自主导航技术中,避障算法的设计与实现是重点。为了提高机器人的自主运动能力,提出一种基于北斗(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)与激光雷达(Laser Measurement System,LMS)的自主导航算法。利用北斗RTK(Real Time Kinematic)技术获取基站的坐标值,计算出移动站当前的位置、速度和航向偏离目标点的角度,然后结合LMS获取环境信息,选择最优路径,改进VFH避障算法,计算出最佳转向角度并驶向目标点。实验验证本文算法自主导航时,能够保证机器人适应不同环境,平稳的控制机器人实现自主导航。最后,为了提高无人救援机器人控制的灵活性,设计了遥自主控制端。控制端主要分为全自主和遥控制两部分。重点测试了PC机与机器人不同环境下通信能力的差异,保证自主导航时信息的实时传输。
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