一种服务机器人行走系统研究
发布时间：2022-10-09 14:28
机器人技术是一门多学科领域交叉融合的技术。机器人的出现主要是辅助和代替人类在特定或者危险环境中进行作业,智能移动机器人的出现又极大的拓展了机器人的应用领域。进入21世纪以来,各个国家老龄化现象越来越严重,同时每年因为各种原因造成需要进行康复照顾的残障人数也居高不低,如何保障这些人群的正常生活和日常需求也就成了极大的社会问题,服务机器人市场应运而生。本文研究的主要内容包括以下几个方面:首先,提出一种服务机器人行走系统的整体方案。对行走系统的软件平台、控制系统和控制元件进行了配置,阐明了该行走系统的功能模块以及性能要求和预期目标。通过对Mecanum轮的特殊结构分析,得到其可在水平面自由运动的机理;结合研究目标建立服务机器人行走系统的4Mecanum轮“O”型分布运动学模型;从力学及能量角度分析,构建了服务机器人行走系统的动力学模型。其次,研究了二维激光雷达的环境地图构建机理,详细介绍分析了RPLIDAR-A2激光雷达获取环境信息的方法以及通过数据匹配算法构建环境地图的过程。研究了基于全局地图的路径规划算法,并在遗传算法基础上提出改进算法,同时在全局路径基础上研究了基于轨迹误差模型的轨迹跟...
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 SLAM技术概述及研究现状
1.2.2 机器人导航技术研究现状
1.2.3 路径规划研究现状
1.2.4 全方位移动平台研究现状
1.3 论文主要内容与章节安排
第二章 行走系统设计
2.1 服务机器人行走系统设计
2.1.1 系统整体框架
2.1.2 系统硬件配置
2.1.3 系统的软件平台
2.2 服务机器人行走系统的功能模块
2.3 行走系统的性能要求以及预期成果
2.3.1 系统性能要求
2.3.2 预期成果
2.4 本章小结
第三章 服务机器人行走系统运动机理分析
3.1 运动学分析与建模
3.1.1 麦克纳姆轮模型分析
3.1.2 单个麦克纳姆轮车速与整个车速的关系
3.1.3 四轮配置分析
3.2 动力学分析与建模
3.3 仿真建模与分析
3.3.1 移动系统运动学仿真
3.3.2 仿真结果分析
3.4 本章小结
第四章 基于激光雷达的实时地图构建
4.1 激光雷达的数据获取
4.2 点云数据匹配
4.3 地图的构建
4.4 本章小结
第五章 行走系统自主路径规划的实现与分析
5.1 环境模型的建立
5.2 遗传算法的改进及实现办法
5.2.1 改进算法的基本操作
5.2.2 地图区域划分
5.2.3 路径编码
5.2.4 适应度函数
5.2.5 小生境技术种群划分
5.2.6 遗传操作
5.2.6.1 选择
5.2.6.2 交叉
5.2.6.3 变异
5.2.7 模拟退火操作
5.2.8 终止条件
5.2.9 仿真结果分析
5.3 轨迹跟随
5.3.1 行走系统运动学误差模型
5.3.2 控制器设计
5.3.3 仿真分析
5.4 本章小结
第六章 服务机器人行走系统的实现与分析
6.1 引言
6.2 移动系统样机介绍
6.3 服务机器人行走系统相关实验
6.3.1 实验方法介绍
6.3.2 地图构建
6.3.3 速度跟踪实验
6.3.4 路径跟踪误差控制实验
6.4 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电磁导航智能车的系统设计与开发[J]. 盛楠. 信息与电脑(理论版). 2019(18)
[2]基于小生境遗传优化算法的配电网无功优化[J]. 宋佳航,孟涛,张海峰,刘亚东,罗锋. 电气开关. 2017(04)
[3]一种船用服务机器人的轨迹跟踪控制[J]. 荆学东,汪泽涛. 船舶工程. 2017(06)
[4]改进遗传算法在移动机器人路径规划中的应用研究[J]. 王雷,李明,蔡劲草,刘志虎. 机械科学与技术. 2017(05)
[5]Dijkstra算法在激光导引AGV调度系统中的应用[J]. 刘子薇,吴焱明,路程,王吉祥. 机械工程与自动化. 2017(02)
[6]一种单目视觉ORB-SLAM/INS组合导航方法[J]. 周绍磊,吴修振,刘刚,张嵘,徐海刚. 中国惯性技术学报. 2016(05)
[7]基于遗传算法的机器鱼水中路径规划[J]. 李连鹏,苏中,解迎刚,刘福朝. 兵工自动化. 2015(12)
[8]改进遗传算法在移动机器人路径规划中的研究[J]. 赵开新,魏勇,徐立新,王东署. 科技通报. 2015(09)
[9]Mecanum轮全方位移动机器人技术及其应用[J]. 王兴松. 机械制造与自动化. 2014(03)
[10]服务机器人技术研究现状与发展趋势[J]. 王田苗,陶永,陈阳. 中国科学:信息科学. 2012(09)
博士论文
[1]薄煤层综采工作面巡检机器人运动分析及试验研究[D]. 商德勇.中国矿业大学(北京) 2016
[2]小型移动机器人自主返航关键技术研究[D]. 姜涛.北京理工大学 2014
硕士论文
[1]多移动机器人路径规划及仿真研究[D]. 王甜甜.西安理工大学 2019
[2]三维激光点云特征提取及配准算法改进[D]. 孙成.西安科技大学 2019
[3]激光雷达的点云数据处理研究[D]. 李宏宇.长春理工大学 2019
[4]一种室内移动机器人定位和路径规划的算法优化[D]. 杨记周.中国科学技术大学 2019
[5]服务机器人自主导航系统设计与实现[D]. 杨德春.安徽工业大学 2019
[6]基于低成本二维激光雷达的自动移动机器人[D]. 郑富瑜.广东工业大学 2018
[7]复杂点云三维配准算法研究[D]. 杜霞.西北大学 2018
[8]基于非线性优化的单目VINS系统的研究[D]. 王琪.哈尔滨工业大学 2018
[9]基于激光雷达的2D-SLAM的研究[D]. 李辉.浙江工业大学 2017
[10]螺旋式管道机器人及其性能的研究[D]. 刘敏.西安理工大学 2017
本文编号：3688804
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 SLAM技术概述及研究现状
1.2.2 机器人导航技术研究现状
1.2.3 路径规划研究现状
1.2.4 全方位移动平台研究现状
1.3 论文主要内容与章节安排
第二章 行走系统设计
2.1 服务机器人行走系统设计
2.1.1 系统整体框架
2.1.2 系统硬件配置
2.1.3 系统的软件平台
2.2 服务机器人行走系统的功能模块
2.3 行走系统的性能要求以及预期成果
2.3.1 系统性能要求
2.3.2 预期成果
2.4 本章小结
第三章 服务机器人行走系统运动机理分析
3.1 运动学分析与建模
3.1.1 麦克纳姆轮模型分析
3.1.2 单个麦克纳姆轮车速与整个车速的关系
3.1.3 四轮配置分析
3.2 动力学分析与建模
3.3 仿真建模与分析
3.3.1 移动系统运动学仿真
3.3.2 仿真结果分析
3.4 本章小结
第四章 基于激光雷达的实时地图构建
4.1 激光雷达的数据获取
4.2 点云数据匹配
4.3 地图的构建
4.4 本章小结
第五章 行走系统自主路径规划的实现与分析
5.1 环境模型的建立
5.2 遗传算法的改进及实现办法
5.2.1 改进算法的基本操作
5.2.2 地图区域划分
5.2.3 路径编码
5.2.4 适应度函数
5.2.5 小生境技术种群划分
5.2.6 遗传操作
5.2.6.1 选择
5.2.6.2 交叉
5.2.6.3 变异
5.2.7 模拟退火操作
5.2.8 终止条件
5.2.9 仿真结果分析
5.3 轨迹跟随
5.3.1 行走系统运动学误差模型
5.3.2 控制器设计
5.3.3 仿真分析
5.4 本章小结
第六章 服务机器人行走系统的实现与分析
6.1 引言
6.2 移动系统样机介绍
6.3 服务机器人行走系统相关实验
6.3.1 实验方法介绍
6.3.2 地图构建
6.3.3 速度跟踪实验
6.3.4 路径跟踪误差控制实验
6.4 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电磁导航智能车的系统设计与开发[J]. 盛楠. 信息与电脑(理论版). 2019(18)
[2]基于小生境遗传优化算法的配电网无功优化[J]. 宋佳航,孟涛,张海峰,刘亚东,罗锋. 电气开关. 2017(04)
[3]一种船用服务机器人的轨迹跟踪控制[J]. 荆学东,汪泽涛. 船舶工程. 2017(06)
[4]改进遗传算法在移动机器人路径规划中的应用研究[J]. 王雷,李明,蔡劲草,刘志虎. 机械科学与技术. 2017(05)
[5]Dijkstra算法在激光导引AGV调度系统中的应用[J]. 刘子薇,吴焱明,路程,王吉祥. 机械工程与自动化. 2017(02)
[6]一种单目视觉ORB-SLAM/INS组合导航方法[J]. 周绍磊,吴修振,刘刚,张嵘,徐海刚. 中国惯性技术学报. 2016(05)
[7]基于遗传算法的机器鱼水中路径规划[J]. 李连鹏,苏中,解迎刚,刘福朝. 兵工自动化. 2015(12)
[8]改进遗传算法在移动机器人路径规划中的研究[J]. 赵开新,魏勇,徐立新,王东署. 科技通报. 2015(09)
[9]Mecanum轮全方位移动机器人技术及其应用[J]. 王兴松. 机械制造与自动化. 2014(03)
[10]服务机器人技术研究现状与发展趋势[J]. 王田苗,陶永,陈阳. 中国科学:信息科学. 2012(09)
博士论文
[1]薄煤层综采工作面巡检机器人运动分析及试验研究[D]. 商德勇.中国矿业大学(北京) 2016
[2]小型移动机器人自主返航关键技术研究[D]. 姜涛.北京理工大学 2014
硕士论文
[1]多移动机器人路径规划及仿真研究[D]. 王甜甜.西安理工大学 2019
[2]三维激光点云特征提取及配准算法改进[D]. 孙成.西安科技大学 2019
[3]激光雷达的点云数据处理研究[D]. 李宏宇.长春理工大学 2019
[4]一种室内移动机器人定位和路径规划的算法优化[D]. 杨记周.中国科学技术大学 2019
[5]服务机器人自主导航系统设计与实现[D]. 杨德春.安徽工业大学 2019
[6]基于低成本二维激光雷达的自动移动机器人[D]. 郑富瑜.广东工业大学 2018
[7]复杂点云三维配准算法研究[D]. 杜霞.西北大学 2018
[8]基于非线性优化的单目VINS系统的研究[D]. 王琪.哈尔滨工业大学 2018
[9]基于激光雷达的2D-SLAM的研究[D]. 李辉.浙江工业大学 2017
[10]螺旋式管道机器人及其性能的研究[D]. 刘敏.西安理工大学 2017
本文编号：3688804
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3688804.html
