DOC《（申请工学硕士学位论文）》

1 1.2课题研究的内容

2 1.3论文组织结构

2 第2章 移动机器人导航技术

4 2.1机器人导航概述

4 2.2移动机器人导航方式

4 2.3移动机器人的定位问题

6 2.4移动机器人的制图问题

7 2.4.1 地图的类型

7 2.4.2机器人制图存在的问题

8 2.4.3 同时定位与制图问题

9 2.5 本章小结

10 第3章 同时定位与制图(SLAM)算法

11 3.1 同时定位与制图算法介绍

11 3.1.1 SLAM算法性质

11 3.1.2 SLAM算法分类

12 3.2 基于特征SLAM算法构架简介

14 3.3传感器的选择及特征提取

15 3.3.1传感器选择

15 3.3.2特征提取

17 3.4噪音模型建立

17 3.5滤波技术简介

17 3.6卡尔曼滤波简介

18 3.6.1线性卡尔曼滤波简介

19 3.6.2 扩展卡尔曼滤波(EKF)简介

21 3.7 本章小结

22 第4章 一种基于线特征SLAM算法研究

24 4.1过程模型建立

24 4.2 观测模型的建立

26 4.3 算法的实施

26 4.3.1 机器人运动初始化

26 4.3.2 数据匹配

27 4.3.3 状态更新

30 4.3.4 新信息处理

31 4.3.5 地图管理

32 4.4 SLAM算法仿真

33 4.4.1 仿真环境的创建

33 4.4.2 SLAM算法示例

35 4.5本章小结

37 第5章 机器人避障算法

38 5.1 常见的避障算法介绍

38 5.2 VFH避障算法介绍

39 5.2.1 (Certainty Value)值的确定

39 5.2.2 VFH算法阐述

41 5.2.3 VFH+ 算法阐述

43 5.3 VFH+算法仿真

47 5.3.1 仿真环境的创建

47 5.3.2 仿真结果说明

49 5.4 本章小结

51 第6章 基于SLAM的导航算法

52 6.1基于SLAM的导航算法介绍

52 6.2基于SLAM的导航算法特点

53 6.3导航新算法的仿真

54 6.4本章小结

55 第7章 全文总结及展望

56 7.1全文总结

56 7.2本文主要贡献

57 7.3未来研究方向

57 参考文献

58 致谢62 作者攻读硕士期间参与项目及发表的论文

63 第1章绪论机器人的诞生和机器人学的建立和发展是20世纪自动控制最具说服力的成就,是20世界人类科学技术进步的重大成果,而作为机器人中重要分支之一的移动机器人更是给人们带来了无限的惊喜.移动机器人的研究始于20世纪60年代末期.斯坦福研究所(SRI)的Nils NVILSSEN和Charles Rosen等人,在1966年至1972年中研制出了取名Shakey的自主移动机器人,其目的是研究、应用人工智能技术以及在复杂环境下机器人系统的自主推理、规划和控制;

20世纪70年代末,随着计算机的应用和传感器技术的发展,移动机器人研究又出现了新的高潮;

20世纪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,开展了移动机器人更高层次的研究[1].目前,移动机器人正向着具有自组织、自学习、自适应的智能化方向发展,导航能力的高低是移动机器人智能化水平的重要体现.随着移动机器人应用领域的日益增加,对移动机器人导航研究不断提出新的课题,使移动机器人的导航研究不断深入和发展[2][3][4]. 1.1课题研究的目的与意义 智能移动机器人是一种在复杂的环境下工作的具有自规划、自组织、自适应能力的机器人.智能导航研究的目标就是在没有人干预下使机器人有目的地移动并完成特定任务,进行特定操作.机器人通过装配的信息获取设备来获得外部环境信息,判定自身状态,实现自我定位,规划并执行下一步动作. 在移动机器人导航控制理论和方法研究中,确定性环境的导航控制方法已经取得了大量的研究和应用成果.对未知环境中的导航控制也开展了一些研究,并提出了若干方法,但是尚未形成统一和完善的体系结构,还有许多关键理论和技术问题有待解决与完善.这些问题包括环境的建模、定位、导航控制器的学习与优化、故障诊断以及路径规划等.未知环境中的移动机器人只具有较少的先验知识,其导航控制方法涉及环境认知、优化策略、知识表示与获取等多项关键问题.对移动机器人在未知环境中导航理论和方法的研究,将推动认知科学、模式识别、非线性控制等前沿学科的研究,带动航天、海洋、军事、建筑、交通、工业和服务业等领域移动机器人导航控制系统的研究开发,为无人勘探车、无人排险车和无人运输车等用于航天、军事、深海作业和核工业领域的移动机器人系统的应用奠定理论和技术基础.具体来看比如:在民用方面,可以将其用于物流自动化仓库中的AGV、AHV小车,以提高物流自动化程度;