户外移动机器人地形可穿越性的评估

摘要

由于户外移动机器人在执行任务时，常常需要进入未知或不可完全可知的非结构化环境中进行工作，但是这些环境会对机器人的运动能力和地形的通过能力造成很大的影响，直接导致导航任务的失败甚至对机器人自身造成伤害。由此可见，对地形可通行的研究已经成为移动机器人自主导航研究中不可或缺的一部分。于是在移动机器人（轮式机器人）的移动特性一定时，本文提出根据地形特征设计基于贝叶斯分类器思想的评估算法，协助机器人的路径规划，为户外机器人提供正确的导航策略，从而安全有效能够自主的完全导航任务。
　　在本文中首次提出将地形的几何特征--坡度和非几何特征--滑移特性共同作为评估因子，进而更全面的评估户外移动机器人的地形可穿越能力。与此同时，分析和验证了用于提取地形特征的相关算法的可行性以及有效性。其次，利用捕捉系统得到机器人通过相同距离所需的功耗作为评价标准，完成了基于贝叶斯分类器思想的可穿越性评估算法的设计。
　　为了对整个可穿越性评估算法的可行性和有效性进行初步验证，需要设计和搭建实验平台进行实验。通过分析实验结果表明，在本文中设计的评估算法可以根据提取到的地形特征计算出相应的可通过性大小，为后期的路径规划等做好准备，进而提高机器人的自主导航性。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 地形可穿越性的研究现状

1.3 论文的主要贡献

1.4 本文主要的研究内容

第2章 地形特征的提取

2.1 引言

2.2 滑移特性

2.3 牵引力的估算法

2.3.1 动力学模型的建立

2.3.2 状态方程

2.3.3 测量方程

2.3.4 实验验证

2.4 本章小结

第3章 可穿越性评估算法设计

3.1 引言

3.2 可穿越性大小的评价标准

3.3 可穿越性评估算法的设计

3.3.1 贝叶斯分类器理论的介绍

3.3.2 基于贝叶斯分类思想评估算法的设计

3.4 本章小结

第4章 算法的实现及结果分析

4.1 硬件平台的介绍

4.1.1 惯性测量元件(IMU)

4.1.2 动态捕捉系统

4.1.3 Pioneer3-DX机器人载体平台

4.2 实验平台的介绍

4.3 实验过程以及结果分析

4.3.1 实验数据的获取

4.3.2 数据的处理及结果分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢