基于改进TEB算法的自主导航控制
发布时间：2023-01-31 07:53
自主导航作为移动机器人的关键技术之一,已经引起众多的关注,其中尤其以局部路径规划和导航控制两大问题最为突出。但是当前的局部路径规划算法仍然存在实时性较低等问题,导航控制算法依旧存在稳定性较低、控制精度不高的情况。因此,本文针对以上问题,主要研究移动机器人的自主导航控制。对于移动机器人的动态路径规划问题,本文首先对TEB（Timed Elastic Band）算法进行改进,提出了减少优化变量的数量,使用参数三次样条插值的方法将路径点插值成一条平滑的路径曲线的方法,有效的降低了动态环境下TEB算法的计算成本,解决了算法实时性能较低的问题。同时本文提出了使用一种基于ESO（扩展状态观测器）的障碍物离散状态观测器来有效估计动态障碍物的运行状态的方法,从而结合改进的TEB算法实现针对存在动态障碍物场景的动态局部路径规划。针对移动机器人的导航控制问题,本文首先提出了基于模型预测控制的TEB算法,在移动机器人的运动模型中使用一阶惯性环节来模拟电机的特性,相比于原始的TEB算法有效的提高了导航控制的稳定性。但是由于靠近目标点时存在震荡现象,本文提出了改进的基于视线的纯跟踪算法,在算法中引入了航向角的偏...
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状与发展趋势
1.2.1 移动机器人的国外发展
1.2.2 移动机器人的国内发展
1.2.3 移动机器人导航技术研究现状
1.2.4 存在的问题与挑战
1.3 主要研究内容与贡献
1.4 论文组织与结构安排
2 移动机器人系统及控制预备知识
2.1 引言
2.2 移动机器人导航硬件架构
2.2.1 移动机器人实车结构
2.2.2 移动机器人环境感知传感器
2.2.3 移动机器人底层执行机构
2.2.4 移动机器人通信结构
2.3 基于ROS的移动机器人导航软件架构
2.4 模型预测控制
2.4.1 移动机器人模型
2.4.2 模型预测控制原理及应用
2.5 环境地图介绍和移动机器人定位
2.5.1 环境地图介绍
2.5.2 移动机器人定位介绍
2.6 本章小结
3 移动机器人的动态路径规划
3.1 引言
3.2 动态环境下动、静态障碍物的检测与分析
3.2.1 静态障碍物检测与处理
3.2.2 动态障碍物检测与处理
3.3 基于局部环境感知信息的动态路径规划
3.3.1 基于时间弹性带的局部路径规划的优化变量调整
3.3.2 融合路径序列点样条插值的TEB算法
3.4 基于ROS的路径规划模块实现
3.4.1 路径规划参数设置
3.5 实验分析
3.5.1 路径规划实验分析
3.5.2 路径点插值实验分析
3.6 本章小结
4 移动机器人的自主导航控制
4.1 引言
4.2 融合可通过性检测的模型预测控制
4.3 基于视线的纯追踪算法的导航控制
4.3.1 基于视线的纯追踪算法原理
4.3.2 增加航向角偏差控制的路径跟踪算法原理
4.4 驱动单元动态响应误差的修正控制
4.5 自主导航控制ROS节点实现
4.6 实验分析
4.6.1 融合模型预测控制实验分析
4.6.2 基于视线的纯追踪算法的路径跟踪实验分析
4.7 本章小结
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]Path planning in uncertain environment by using firefly algorithm[J]. B.K.Patle,Anish Pandey,A.Jagadeesh,D.R.Parhi. Defence Technology. 2018(06)
[2]2017年我国工业机器人销量增速创新高[J]. 夏小禾. 今日制造与升级. 2018(07)
[3]美国人形机器人的发展[J]. 唐凤. 高科技与产业化. 2016(05)
[4]智能机器人体系结构分类研究[J]. 刘海波,顾国昌,张国印. 哈尔滨工程大学学报. 2003(06)
[5]“CR-02”AUV无动力下潜运动预报[J]. 刘正元,李一平. 机器人. 2002(05)
[6]国家863计划先进制造与自动化技术领域机器人技术主题发展战略的若干思考[J]. 王田苗. 机器人技术与应用. 2002(03)
[7]三次样条插值的收敛性[J]. 徐士英. 应用数学学报. 1979(03)
博士论文
[1]以视觉传感为主的移动机器人定位导航和环境建模[D]. 尚文.东南大学 2005
硕士论文
[1]室外环境下基于双目立体视觉的同时定位与建图[D]. 樊俊杰.中国科学技术大学 2016
[2]基于人机交互理论对乐高机器人玩具的研究[D]. 周晶.南京师范大学 2013
[3]仿人型机器人简易手指的设计与运动控制[D]. 刘世廉.中国人民解放军国防科学技术大学 2003
本文编号：3733829
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状与发展趋势
1.2.1 移动机器人的国外发展
1.2.2 移动机器人的国内发展
1.2.3 移动机器人导航技术研究现状
1.2.4 存在的问题与挑战
1.3 主要研究内容与贡献
1.4 论文组织与结构安排
2 移动机器人系统及控制预备知识
2.1 引言
2.2 移动机器人导航硬件架构
2.2.1 移动机器人实车结构
2.2.2 移动机器人环境感知传感器
2.2.3 移动机器人底层执行机构
2.2.4 移动机器人通信结构
2.3 基于ROS的移动机器人导航软件架构
2.4 模型预测控制
2.4.1 移动机器人模型
2.4.2 模型预测控制原理及应用
2.5 环境地图介绍和移动机器人定位
2.5.1 环境地图介绍
2.5.2 移动机器人定位介绍
2.6 本章小结
3 移动机器人的动态路径规划
3.1 引言
3.2 动态环境下动、静态障碍物的检测与分析
3.2.1 静态障碍物检测与处理
3.2.2 动态障碍物检测与处理
3.3 基于局部环境感知信息的动态路径规划
3.3.1 基于时间弹性带的局部路径规划的优化变量调整
3.3.2 融合路径序列点样条插值的TEB算法
3.4 基于ROS的路径规划模块实现
3.4.1 路径规划参数设置
3.5 实验分析
3.5.1 路径规划实验分析
3.5.2 路径点插值实验分析
3.6 本章小结
4 移动机器人的自主导航控制
4.1 引言
4.2 融合可通过性检测的模型预测控制
4.3 基于视线的纯追踪算法的导航控制
4.3.1 基于视线的纯追踪算法原理
4.3.2 增加航向角偏差控制的路径跟踪算法原理
4.4 驱动单元动态响应误差的修正控制
4.5 自主导航控制ROS节点实现
4.6 实验分析
4.6.1 融合模型预测控制实验分析
4.6.2 基于视线的纯追踪算法的路径跟踪实验分析
4.7 本章小结
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]Path planning in uncertain environment by using firefly algorithm[J]. B.K.Patle,Anish Pandey,A.Jagadeesh,D.R.Parhi. Defence Technology. 2018(06)
[2]2017年我国工业机器人销量增速创新高[J]. 夏小禾. 今日制造与升级. 2018(07)
[3]美国人形机器人的发展[J]. 唐凤. 高科技与产业化. 2016(05)
[4]智能机器人体系结构分类研究[J]. 刘海波,顾国昌,张国印. 哈尔滨工程大学学报. 2003(06)
[5]“CR-02”AUV无动力下潜运动预报[J]. 刘正元,李一平. 机器人. 2002(05)
[6]国家863计划先进制造与自动化技术领域机器人技术主题发展战略的若干思考[J]. 王田苗. 机器人技术与应用. 2002(03)
[7]三次样条插值的收敛性[J]. 徐士英. 应用数学学报. 1979(03)
博士论文
[1]以视觉传感为主的移动机器人定位导航和环境建模[D]. 尚文.东南大学 2005
硕士论文
[1]室外环境下基于双目立体视觉的同时定位与建图[D]. 樊俊杰.中国科学技术大学 2016
[2]基于人机交互理论对乐高机器人玩具的研究[D]. 周晶.南京师范大学 2013
[3]仿人型机器人简易手指的设计与运动控制[D]. 刘世廉.中国人民解放军国防科学技术大学 2003
本文编号：3733829
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3733829.html
