基于超宽带室内定位的移动机器人路径规划问题研究

发布时间：2024-04-03 03:07

　　机器人定位与路径规划是室内移动机器人自主移动的基础,移动机器人使用多传感器信息融合技术估计自身位姿,通过局部路径规划完成未知环境导航,在此过程中获取相应的环境信息,从而在机器人大脑中逐渐构建出环境地图,在已创建地图的基础上进行全局路径规划,最终实现移动机器人最优路径导航。超宽带(Ultra-Wide Band,UWB)具有良好的通信性能,超宽带定位是一种近几年兴起的室内无线定位技术,拥有其他室内定位方法无法比拟的定位优势。本文在超宽带定位的基础上,进行了移动机器人位姿估计、未知环境下机器人路径规划、机器人室内地图构建与全局路径规划一系列问题的研究,目的是实现机器人稳定自主导航,旨在构建一套能够用于实际环境导航的机器人系统。主要研究工作如下:(1)基于超宽带室内定位的移动机器人位姿估计针对室内环境下移动机器人的位姿获取问题进行了研究,首先搭建了基于超宽带的室内定位系统,通过飞行时间测距(Time of Flight,TOF)算法测量标签节点到锚节点的距离,再运用三边定位算法计算得到标签节点的位置。其次对于传统单一定位存在精度低、累计误差等问题,提出一种融合超宽带、陀螺仪、编码器的多传感器...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 自主移动机器人国内外研究现状
    1.3 自主移动机器人关键技术研究现状
        1.3.1 移动机器人定位研究现状
        1.3.2 移动机器人环境建模研究现状
        1.3.3 移动机器人路径规划研究现状
    1.4 论文主要研究内容以及组织结构
第2章 基于超宽带室内定位的移动机器人位姿估计
    2.1 引言
    2.2 基于超宽带的室内定位系统搭建
        2.2.1 室内定位技术概述
        2.2.2 超宽带通信原理
        2.2.3 飞行时间测距法
        2.2.4 三边定位法
    2.3 移动机器人位姿估计算法
        2.3.1 移动机器人模型
        2.3.2 状态方程
        2.3.3 测量方程
        2.3.4 数据融合算法
    2.4 物理实验与分析
        2.4.1 实验环境与硬件介绍
        2.4.2 位姿估计实验与分析
    2.5 本章小结
第3章 未知环境下机器人局部试探路径规划
    3.1 引言
    3.2 状态空间搜索基础
        3.2.1 形式化描述
        3.2.2 状态图
        3.2.3 图搜索
    3.3 机器人局部试探路径规划算法
        3.3.1 问题的建模以及状态空间的确定
        3.3.2 启发式函数
        3.3.3 局部极小点问题与算法描述
    3.4 算法验证实验
        3.4.1 局部试探路径规划仿真实验
        3.4.2 局部试探路径规划物理实验
    3.5 本章小结
第4章 基于栅格自组织神经网络的拓扑地图构建
    4.1 引言
    4.2 基于自组织神经网络的拓扑地图构建方式
        4.2.1 自组织特征映射图
        4.2.2 结构可增长自组织特征映射图
        4.2.3 可删减自组织特征映射图
    4.3 基于概率的栅格地图创建方式
    4.4 基于栅格自组织神经网络的拓扑地图构建
        4.4.1 栅格地图障碍物膨胀处理
        4.4.2 算法描述
    4.5 实验与分析
        4.5.1 自组织神经网络仿真实验
        4.5.2 栅格自组织神经网络仿真实验
        4.5.3 栅格自组织神经网络物理实验
    4.6 本章小结
第5章 基于拓扑地图的全局路径规划
    5.1 引言
    5.2 基于拓扑地图的全局路径规划算法
    5.3 路径跟踪算法
    5.4 路径规划实验与分析
        5.4.1 仿真场景地图路径规划实验
        5.4.2 实际场景地图路径规划实验
    5.5 基于拓扑地图自主导航实验与分析
        5.5.1 基于拓扑地图自主导航仿真实验
        5.5.2 基于拓扑地图自主导航物理实验
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢



本文编号：3946618