轮式家庭服务机器人导航的研究

摘要

随着社会经济的不断发展，以及老龄化问题的日益加重，人们对于家庭服务机器人的需求也越来越高。家庭服务机器人要自主的完成各种服务任务，就需要具备良好的导航能力，但是以往的导航技术不能取得很好的效果。基于此，本文研究了一种适用于家庭服务机器人在室内环境中的导航方法。
　　论文首先详细分析了家庭服务机器人的导航所涉及到的定位和路径规划技术的研究现状，并结合家庭室内环境的特殊性，选择了合适的定位和路径规划技术。其次，针对家庭服务机器人的定位需求，为机器人和室内环境进行了数学建模，研究了航迹推算的室内定位算法。然后，对家庭服务机器人的路径规划进行了研究，给出了一种将栅格法和基于行为的路径规划方法相结合的路径规划算法。慎思层采用栅格法为机器人规划出全局最优的路径序列，并为反应层提供子目标点。反应层采用基于行为的路径规划方法实现慎思层规划的路径，并对环境中的各种障碍物进行避障。反应层设计了四种基本行为和行为协调方法。最后，通过MATLAB建立了仿真平台，对本文提出的路径规划方法进行了仿真验证和分析，仿真结果表明，机器人能够成功的躲避室内环境中的动态、静态障碍物，解决凹形障碍物的“局部极小值”问题，自行判断机器人陷入封闭的子工作区域并停止路径规划。仿真表明本文所给出的路径规划方法具有良好的规划效果，能够达到设计指标要求。
　　本文对家庭服务机器人的导航问题进行了研究，提出了一种有效的家庭服务机器人的导航方法，对于室内移动机器人的导航或路径规划都具有一定的参考价值。

目录

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摘要

列图目录

列表目录

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 家庭服务机器人的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究内容与设计指标

1．3．1 研究内容

1．3．2 设计指标

1．4 论文组织

第二章 移动机器人导航技术的概述

2．1 移动机器人的定位技术和研究趋势

2．1．1 移动机器人的定位技术

2．1．2 移动机器人定位技术的对比分析和研究趋势

2．2 家庭服务机器人的定位技术

2．3 移动机器人的路径规划技术和研究趋势

2．3．1 全局路径规划

2．3．2 局部路径规划

2．3．3 路径规划技术的对比分析和研究趋势

2．4 家庭服务机器人的路径规划技术

2．5 本章小结

第三章 家庭服务机器人的定位

3．1 家庭服务机器人的体系结构

3．2 家庭服务机器人的运动模型

3．3 家庭服务机器人的坐标系和坐标变换

3．4 室内环境的建模

3．5 家庭服务机器人的定位

3．6 本章小结

第四章 家庭服务机器人的路径规划

4．1 慎思层路径规划设计

4．2 反应层的路径规划设计

4．2．1 基于行为的路径规划方法

4．2．2 家庭服务机器人的基本行为的设计

4．2．3 多行为协调设计

4．3 家庭服务机器人的路径规划方法设计

4．4 本章小结

第五章 家庭服务机器人路径规划算法的仿真与分析

5．1 慎思层全局路径规划的仿真

5．2 反应层的局部路径规划的仿真

5．2．1 模糊控制器的仿真

5．2．2 基本行为的仿真

5．2．3 行为协调的仿真

5．3 家庭服务机器人路径规划的仿真

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果