全方位移动机器人巡线导航技术研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qpzm007
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全向移动机器人是一类重要的自动导引车辆(Automated GuidedVehicle,AGV),在物流、机械加工、航空航天、汽车制造等行业中具有广泛的应用前景。如何提高全向移动机器人的智能化水平,特别是要能够根据给定的任务和路线要求,自主安全地驶向指定的目标,具有重要的理论意义和应用价值。本论文基于某型实际车辆,对全方位移动机器人的视觉导航技术进行深入研究,内容包括全向移动机器人的运动学分析,基于直线特征的机器人视觉导航,移动机器人的导航控制算法,以及巡线导航系统的设计与实现等关键技术。论文的主要内容如下:首先,基于实际车辆特点,研究基于麦克纳姆轮的全向移动机器人的运动学问题。麦克纳姆轮是移动机器人中常用的全方位移动机构,可沿任意平面方向灵活运动。论文对其运动学进行分析,推导了全向移动机器人的正运动学方程和逆运动学方程,为全向移动机器人的巡线导航控制奠定了基础。其次,研究了基于直线特征的机器人视觉导航问题。与其他方式相比,视觉导航具有成本低、灵活性强等特点。课题结合机器人巡线工作的特点,采用基于直线辅助特征的视觉导航方式,讨论了视觉图像的采集和预处理,为进一步开展导航特征检测提供基础;重点研究了直线特征检测算法,根据问题特点对基本Hough变换进行改进,设计了在累计Hough变换结果基础上,应用可信线段判别和线性连接提高检测准确率和可靠性的方法;研究机器人视觉子系统的标定问题,设计了基于直线特征的相机外参数标定方法。再次,研究了机器人的巡线控制方法。考虑到移动机器人模型参数及环境的不确定性,结合基本模糊控制算法,并引入了一种非线性微分跟踪器(Nonlinear Tracking Differentiator,NTD),设计了基于NTD的自适应模糊控制算法,并应用于全方位移动机器人的巡线导航闭环控制,通过仿真验证了设计方法的有效性。最后,论文研究了机器人巡线导航系统的设计与实现。基于课题中使用的全向移动机器人,研究了巡线导航系统设计与实现问题。根据先总后分原则,首先讨论了系统总体构架和处理流程设计,进一步详细讨论了软硬件设计、电气接口及实现问题。通过实际系统测试及试验曲线验证了上述设计的有效性。
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