基于地图重构的四足机器人落足点规划方法研究

发布时间：2022-12-17 14:59

　　四足机器人运动灵活,能够穿越复杂的地形,到达其它移动机器人难以到达的地方,完成一些特殊的任务,比如灾难救援、排雷等。目前,移动机器人领域对于机器人自主能力的研究一直处于十分热门的状态。对于四足机器人来说,要具备自主能力,就要基于环境感知传感器来建立准确、能够表达丰富信息的地图,能够在线实时规划出到达目标的路线,选择合适的落足点。基于以上任务,本论文主要完成了以下工作:（1）通过激光雷达采集回来的环境信息,处理后得到点云数据;通过点云数据对环境进行地图重构,识别出了障碍栅格,建立了地面的高度图,并且得到了一系列的地形要素,包括地形曲率、地形法向量等;（2）基于动态窗口法进行了路径规划算法的改进,从机器人运动模型、路径枚举方法、路径评价方法三个方面介绍了改进后的算法。相对动态窗口法,改进后的算法枚举更加直观,且枚举量的大小可以主动调节,以此来协调算法的效率和精度。评价指标主要包括障碍物的有无、与全局规划路径的贴合程度（用来避免陷入局部极小值）以及距离目标的远近;（3）基于四足机器人的walk步态进行落足点规划。首先通过设计行走方法保证了机器人在行走过程中的稳定性。接着提出了评价候选落足点的... 

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 论文选题及研究意义
    1.2 环境感知与四足机器人落足点规划的研究现状及难点
        1.2.1 环境感知算法研究现状
        1.2.2 四足机器人落足点规划研究现状
        1.2.3 研究难点
    1.3 本文的主要研究工作
第二章 基于激光雷达的环境地图重构
    2.1 激光雷达简介
        2.1.1 RS-Li DAR激光雷达简介
        2.1.2 16线激光雷达工作原理
        2.1.3 激光雷达数据获取
    2.2 四足机器人本体坐标系
        2.2.1 四足机器人模型
        2.2.2 四足机器人本体坐标系与激光雷达坐标系的转换
        2.2.3 激光雷达坐标系的标定
    2.3 环境地图模型与地图重构
        2.3.1 几类环境地图简介
        2.3.2 基于栅格地图的地图重构
        2.3.3 实验分析
    2.4 本章小结
第三章 基于栅格地图的路径规划方法研究
    3.1 路径规划算法简介
        3.1.1 BUG避障算法
        3.1.2 DWA(dynamic window approach)算法
        3.1.3 APF(Artificial Potential Field)算法
    3.2 基于DWA的改进算法
        3.2.1 机器人运动模型
        3.2.2 障碍物表示与全局规划路径表示
        3.2.3 局部路径枚举方法
        3.2.4 局部路径评价方法
        3.2.5 实验分析
    3.3 期望质心轨迹
    3.4 本章小结
第四章 基于地图重构的落足点规划方法研究
    4.1 基于walk步态四足机器人的稳定策略
    4.2 四足机器人候选落足点评价函数
        4.2.1 地形因素与落足点选择
        4.2.2 前进方向与落足点选择
        4.2.3 速度大小与落足点选择
        4.2.4 落足点评价函数的定义
    4.3 基于落足点评价函数的落足点序列的确定
    4.4 本章小结
第五章 仿真实验结果分析
    5.1 仿真环境介绍
    5.2 路径规划仿真结果与分析
    5.3 落足点规划仿真结果与分析
第六章 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 未来工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果



本文编号：3720137