移动机器人自主避障方法研究.docx

本科毕业设计论文）移动机器人自主避障方法研究龙大学2011年6月本科毕业设计（论文）移动机器人自主避障方法研究学院：电气工程学院专业：测与仪器学生姓名：学号：07010066指导教师：辩论日期：燕山大学毕业设计论文任务书学院：电气工程学院系级教学单位：白动化仪表系学号070103学生姓名专业班级表07-1即目题目名称移动机器人自由避障方法研究题目性质1 .理工类I工烈议计（）：工程技术实验研究型（）|理论研究型（）;计算机软件型（）:林合型（2 .文首理类（）：3.外1珏类【）：4.名木类（遨目类型1.毕业设计（）2.论文（J）题目来源科研课题()生产实际()自选鹿目(1 .移动机器人控制的根本埋论和主要方法分析：2 .移动机器人传感器估息分析：3 .法于移动机潞人传感器信息融合的自主避障方法研究：4 .基于MAT1.AB的徵法模拟伤口。基本要求1 .方案设计合理、查阅文献充分：2 .理论分析正确、论证严密：3ttif,仿真模型可靠，结果与理论相符：4 .毕业设计论文符合撰写标准、要求。5 .杳回一定的英文相关文献，并翻译其中的一篇,6 .遵守毕业设计纪律，独立完成毕业谀讣任务.1 .机器人学，蔡自兴著，清华大学出版社2 .模糊拄制在移动机器人路径规划中的应用UJ.计算机工程与应用3 .基于激光测距仪的移动机器人避障新方法J,机器人，2010,32(2)8N1.汉以广国次第14周第58网第912周第13-16W第17-19JAj应完成的内容杳同资料网读文献方案论证总体设计理论分析模型建立软件设计仿真词试撰写论文准备辩论指导教师：谢平职林：教授2010年12月13日系级教学胞位审批：n日摘要移动机器人技术是近年来的研究热点，路径规划技术是移动机器人技术研究中的一个重要领域，也是机涔人完成其他更杂任务的必要根底。本文首先讨论了移动机器人自主避障方法的国内外研究状况，介绍了本课题研究领域的背景、意义及开展趋势，并列出了三类移动机器人路径规划理论.其次阐述J'移动机器人应用的各种传感器技术和多传感器信息融合的根本层次及各层次的特点，分析了多传感器信息融合过程中应用到的各种融介方法，并分析了各种方法的优缺点：同时介绍了三类移动机器人路径规划方法中的几种方法，其中，详细介绍了传统人工势场法的模型结构。最后介绍移动机器人自主避障方法设计过程及其仿真实验分析。详细介绍超声波传感器的测距原理及其修正方法，并建立CCD摄像机模型并对我采集到的隙碍物图像信息进行处理，通过扩展卡尔曼滤波法进行信息融合完成地图构建：同时在传统人工势场法的根底上进行改良，通过参加惩罚因了使移动机器人跳出局部极值点。通过MAT1.AB软件仿真说明改良的方法可以成功完成路径规划。关健询路径规划超声波传感器CCD摄像机人工势场法仿典AbstractHieresearchofmobi1.erobottechno1.ogyisthehottopicrecent1.y.Mobi1.erobotpathp1.anningtechno1.ogyisoneoftheimportantdomainsinInobiIerobottechno1.ogies'research.Pathp1.anningisa1.sothefundamenta1.techniqueformobi1.erobottocomp1.eteotheractivities.First1.y,thispaperdiscussesthesituationofresearchingmobi1.erobotobstac1.eavoidanceathoneandabroad,intro<1.uceshebackgroundofIhisresearchfie1.d,significanceandtrendsand,ana1.ysissevera1.theoriesthatarecommon1.yusedinmobi1.erobotpathp1.anning.Second1.y,thepaperdescribesthevarioussensortechno1.ogyofmobi1.erobot,e1.aboratesthebasic1.eve1.ofmu1.ti-sensorinformationfusionanda1.1.1.eve1.sofcharacteristicsandana1.ysistheadvantagesanddisadvantagesoffusionneih<1.swhichapp1.iedtotheinuhi-sensorint'o11nationfusion.Meanwhi1.eitintroducessevera1.a1.goritiunsofmobi1.erobotpath1.anning,inc1.udingadetai1.eddescriptionoftheIraditiona1.artificia1.)otentia1.Re1.dmode1.structure.Fina1.1.y,it,sdesigningthemobi1.erobotautonomousobstac1.e-avoidingmethodandana1.yzingthesimu1.ationcxperinnta1.Thepaperintroducesu1.1.11sonicsensorsrangefinderprincip1.eandcorrectionmethodindetai1.,estab1.ishestheCCDcameramode1.andprocessestheimageinIonnationofobstac1.e.i(comp1.etes(hemapbui1.dingbyEKF.Athesametimet111.itiona1.artificia1.potentia1.fie1.dmethodisconductedonthebasisofimprovement,byaddingpunishfactorthatmobi1.erobotjumpoutof1.oca1.extremeva1.uepoint.ThroughIhcMAT1.ABsoftwarcsimu1.ationshowsthattheimprovedpathp1.anningcanbesuccessfu1.Iycoinp1.cted.KeywOrdSPaIhP1.anningUIIraSOniCSienSOrSCCDCameraAnificiaIPotCnIiaHiC1.dmethodsimu1.ation目录摘要IABSTRACTu第I章结论11.1 机器人的定义11.2 国内外移动机器人研究现状及开展趋势1国外移动机器人避隙研究现状1国内移动机器人避隙研究现状2移动机器人路径规划研窕现状3移动机器人避障的开展趋打41.3 课题研究的意义51.4 .本文所做的主要工作和内容安排5第2章移动机器人多传感器信息融合72.1 多传感器信息融合概述72.2 传感器技术72.3 多传感器信息融合根本层次92.4 多传感器信息融合主要方法12第3章移动机器人的路径规划173.1 路径规划概述173.2 传统路径规划方法17槌格分解法17可视图法18人工势场法183.3 智能化路径规划方法20模糊逻辑算法2()神经网络法21遗传算法223.4 基于行为的路径规划233.5 路径规划中算法比拟24第4章移动机器人自主避障方法研究及实验294.1 移动机港入避障过程中信息的采集与处理29超声波传感器294.1.2 CCD摄像机错误!未定义书签.4.1.3 基丁扩展卡尔显灌波的多传感器信息融合334.2 基于改良人工势场模型的移动机器人路径规划364.2.2 改良人工势场的方法设计364.2.3 算法实现步骤及流程图37仿真实验及其性能分析错误:未定义书签.结论48介考文献49致甜52附录153附录260附录368附录4外文翻译75附录5外文复印件81第1章绪论11机器人的定义机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，集合/多学科的开展.新机型、新功能不断涌现且机器人涉及到人的概念，各国关于机器人都有自己的定义。我国科学家对机器人的定义为：“机器人是种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协调能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。日本工业机器人协会把工业机器人定义为“一种装备有记忆装置和末端执行器的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器”“联合国标准化组织定义为：”机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装包，以执行各种任务。随着人们对机港人技术智能化本质认识的加深，我国也面临讨论和制定关于机器人技术的各项标准问题。1.2 国内外移动机器人研究现状及开展趋势国外移动机器人避障研究现状斯坦福研究院（SKD在1966年至1972年中研制出了第一台自主移动机港人，其目的是研究应用人工智能技术，在更杂环境卜机器人系统的自主推理、规划和控制。与此同时，最早的操作式步行机器人也研制成功，从而开始/机器人步行机构方面的研究，以解决机器人在不平整地域内的运动问题,设计并研制出了多足步行机器人。70年代末期,随着计算机的应用和传感技术的开展，移动机器人研究乂出现了新的高潮，80年代中期世界著名的公司开始研制移动机器人平台，这些移动机器人主要作为大学实验室及研究机构的移动机涔人实验平台，从而促进了移动机器人学多种研究方向的出现。90年代以来，以研制高水平的环境信息传感器和信息处理技术，高适应性的移动机器人控制技术，真实环境下的规划技术为标志,开展移动机耦入更高层次的研究。1996年。美国航空航天局NASA研制的活性探测移动机器.kSjourner首次登上活性执行科学考察任务，利用移动机器人技术进行空间探测和开发成为21世纪全球各主要国家开展科技和空间资源竞的主要目标。为在火星上进行长距离探险，又开始新一代样机的研制，命名为Rocky7,并在1.aviC湖的岩溶流上和干泅的湖床上进行了成功的实验。2002年丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba,它能避开障得，自动设计行进路线，还能在电量缺乏时，自动驶向充电座。2003年7月7日美国的“机遇”号火星探测机器人成功升空，开始踏上去火星找寻水和生命存在踪迹的慢慢旅途.在欧美、日本等兴旺国家，移动式效劳机器人己广泛应用F医疗福利效劳、商场超市效劳、餐厅旅馆效劳、维修清洗效劳和家庭效劳。比尔盖茨预言，家用机器人将席卷全球。国内移动机器人避障研究现状国内在移动机器人的研究上起步较晚，大多数尚处于某个单项研究阶段，我国在,七五”方案中把机器人列入国家重点科研规划内容1994年清华大学基于地图的全局路径规划技术研究（准结构道路网环境F的全局路径规划、具有障碍物越野环境下的全同路径规划、自然地形环境下的全局路径规划）；战于多传感器信息的局部路径规划技术研究（基于多种传感器信息的“感知一一动作”行为、基于环境势场法的“感知一一动作”行为、ST-模糊控制的局部路径规划与导航控制）：路径规划的仿