未知环境下基于无线网络的探索机器人系统设计与开发

摘要

自主移动机器人在工业、空间开发、医疗、安防、家政服务等行业都具有广泛的应用前景。然而，在未知环境下，机器人的准确定位和地图创建成为移动机器人领域的难点问题。另一方面，Internet显而易见的优势使得机器人网络化成为热点问题。针对上述问题，本文设计一种基于无线网络的探索移动机器人。 论文首先提出一种探索机器人系统的整体构架，包括移动机器人子系统和机器人远程状态监视子系统。移动机器人子系统包括传感器模块、驱动模块和控制与决策模块，并完成对未知环境的探索任务；机器人远程状态监视子系统完成对机器人运动状态的监视和绘制环境地图的任务。 针对移动机器人子系统，论文设计实时定位算法和局部路径规划算法。实时定位算法使用电子罗盘和里程计的综合信息，快速实现机器人定位。路径规划算法利用红外传感器和激光测距增加机器人路径规划的约束条件及提高对障碍物扫描的分辨率，并结合机器人定位信息进行融合，实现避障行为和路径选择。激光测距则采用基于图像处理的方式实现。 针对机器人远程状态监视子系统，论文设计实时地图绘制方法。该方法利用机器人自身定位与路径规划所反馈的信息绘制机器人探索环境的地图。监视系统通过无线网络与移动机器人子系统交互，实现任务指令发送，机器人状态实时监视和远程地图绘制。 最后对机器人各项功能进行实验，分别对自身定位算法、基于图像处理的激光测距算法进行实验。并根据各项功能分析机器人采用原始的VFH算法与改进的VFH算法的效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2探索移动机器人国内外研究现状

1.2.1 自身定位技术

1.2.2路径规划技术

1.2.3地图绘制技术

1.2.4网络化的发展

1.3研究内容及基本思路

1.4论文主要内容及构成

第二章 探索机器人系统总体架构设计

2.1系统功能需求分析

2.2系统结构设计

2.3移动机器人子系统结构设计

2.3.1红外传感器选定

2.3.2摄像头与激光器选定

2.3.3 电子罗盘选定

2.3.4机器人底盘及光码盘选定

2.3.5控制器选定

2.4移动机器人子系统的丌发

2.4.1 传感器模块硬件结构设计

2.4.2驱动模块硬件结构设计

2.4.3控制与决策模块硬件结构设计

2.5机器人远程状态监视子系统设计

2.6本章小结

第三章未知环境下机器人的探索算法设计

3.1 基于里程计与电子罗盘的实时定位算法设计

3.1.1控制与决策模块定位过程

3.1.2驱动模块配合定位过程

3.2用于路径规划的传感器信息获取方式

3.2.1基于图像处理的激光测距

3.2.2图像处理方法

3.3 基于多传感器信息融合的局部路径规划算法设计

3.4基于实时定位与局部路径规划的探索方法设计

3.5实时地图绘制方法设计

3.6本章小结

第四章算法验证及分析

4.1 实时定位算法验证实验

4.2激光测距有效性实验及分析

4.3路径规划算法对比及实时地图绘制分析

4.3本章小结

第五章结论与展望

5.1 结论

5.2展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间主要的研究成果