中小学搜救机器人竞赛中的核心问题研究

摘要

随着智能技术的发展，教育机器人逐步走进中小学课堂，机器人竞赛也成为促进科技进步、普及科技教育的方式之一，搜救机器人竞赛是中小学机器人竞赛中较常见的赛项。在搜救型机器人竞赛中，机器人要顺利完成搜救任务，主要解决三个关键问题:行走、搜索、定位。本文以“虚拟搜救机器人”为实验平台，对搜救机器人的设计与实现策略进行研究，在比赛中能够设计合理的机器人、采用优化的策略，并把这种设计和策略应用于其他搜索类机器人竞赛，从而在比赛中取得较好的成绩。
　　首先，提出了虚拟机器人搜救比赛需要解决的核心问题，分析了寻线循迹行走的常用算法与策略，发现其适用场合及不足，提出了用寻迹卡传感器机器人的算法与策略，优化了的寻迹卡机器人速度和寻线策略。
　　其次，介绍机器人无轨迹行走与定位的算法和策略，提出了单个红外测距传感器沿墙直线行走的较优策略，指南针纠正位姿方向的策略。根据场地的任务进行地图分割，将无轨迹环境进行分类，找出了一条相对优化的机器人行走路径，提出了不同情况下的场地环境下机器人行走与定位的算法。通过实验，提出了传感器的设置、优化方法和提高搜救机器人整体性能的几种方法。
　　之后，在虚拟机器人搜救仿真平台进行实验，从实验的角度验证了算法的有效性实验数据表明实验策略的结果明显优于已有策略。主要表现在以下几方面:行走速度快;稳定性高;搜索准确;定位精确。
　　最后，提出了对中小学搜救机器人的思考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的选题背景

1．2 课题研究的目的和意义

1．3 国内外研究发展状况

1．3．1 搜救机器人寻迹行走

1．3．2 搜救机器人路径规划

1．3．3 搜救机器人的多传感器信息融合

1．4 课题研究主要内容与主要创新点

1．4．1 课题研究主要内容

1．4．2 课题研究主要创新点

1．5 本章小结

第2章 中小学搜救机器人平台和比赛规则

2．1 仿真平台

2．1．1 机器人搭建

2．1．2 场地搭建

2．1．3 搜救仿真

2．2 软件编程模块

2．3 虚拟机器人搜救比赛规则

2．4 虚拟机器人搜救比赛的核心问题

第3章 寻线循迹行走问题及优化

3．1 寻线循迹行走问题

3．2 寻线循迹行走常用算法

3．2．1 单灰度传感器寻线

3．2．2 双灰度传感器寻线

3．2．3 三灰度传感器寻线

3．2．4 灰度传感器寻线实验对比及结果综述

3．3 寻迹卡循迹行走的优化算法

3．3．1 机器人设计

3．3．2 无分支算法设计

3．3．3 分支路口策略设计

3．3．4 折线转弯行走策略

3．3．5 复杂环境行走策略

3．4 优化算法实验及结果

3．4．1 优化算法实验

3．4．2 实验结论

3．5 总结与讨论

第4章 无轨迹行走与定位

4．1 无轨迹行走问题

4．2 平台行走常用策略

4．3 无轨迹行走优化策略

4．3．1 地图描述与分割

4．3．2 搜寻路径规划及算法

4．3．3 搜救策略设计

4．3．4 到达终点路径规划及算法

4．4 无轨迹行走优化策略实验及结果

4．5 总结与讨论

第5章 整体设计与策略

5．1 虚拟机器人整体设计

5．2 设计的常用方法与关键问题

5．2．1 传感器优先级设置

5．2．2 传感器参数优化

5．3 提高整体性能的几种方法

5．3．1 路口简单通过方法

5．3．2 推巨石的策略

5．3．3 传感器当开关

5．4 实验结果分析

第6章 中小学搜救机器人的思考

参考文献

致谢