DOC《（申请工学硕士学位论文）》

在军事方面,可以有助于实现机器人智能侦察与作战等.. 1.2课题研究的内容 本课题在国家自然科学基金(60475031)和湖北省青年杰出人才基金项目(2005ABB021)的资助下,研究在未知环境中,移动机器人自主的建立环境地图并根据该地图实现定位、避障与导航的算法.主要针对静态的、结构化的未知环境进行研究.研究的主要内容包括以下几方面: 避障策略的拟订;

机器人在运动之前都应进行障碍物检测,合理的避障算法对于成功的导航而言显得尤为重要.本研究中将对避障算法VFH(Vector Field Histogram)进行分析与应用. 定位方法的设计;

本文主要研究的是移动机器人在自身位置信息与环境信息均不确定的情况下,通过传感器了解环境来自我定位,同时根据自身位置信息绘制环境地图,并根据该地图实现导航目的.因此,本论文将采用同时定位与制图(SLAM)算法对机器人进行定位.论文将会对本研究中提出的基于线特征SLAM算法进行详细的剖析. 导航新算法的提出;

在研究避障算法VFH以及定位算法SLAM的基础上,找出两者结合的可能性以及优越性,构造新的导航算法. 1.3论文组织结构 由于机器人自主导航的最重要内容就是机器人的定位问题,所以本文的研究工作也就围绕机器人的自主定位进行.在综述国内外研究的基础上,深入研究了基于线特征的机器人同时定位与制图算法;

详细介绍了避障算法VFH/VFH+,并将两者结合构造了一种新的导航算法.论文主要分为七章:

第一章为绪论,主要介绍了本论文所研究的目的与意义以及研究的主要内容及要处理的关键问题;

并对论文的组织结构进行概括说明.

第二章中主要对移动机器人导航技术进行了概述,包括移动机器人的导航方式以及机器人导航中的两个主要问题:机器人定位与制图;

并追踪概述了相关技术的国内外发展现状与发展趋势.

第三章对移动机器人同时定位与制图(SLAM)算法,特别是基于特征的SLAM算法进行了详细的剖析,包括算法的属性、分类,构架等.

第四章介绍了本研究中提出的一种基于线特征的SLAM新算法,详细分析了实现算法所需要的各个步骤;

并通过仿真实验证实了该新算法的正确性与可靠性.

第五章对主要研究了机器人避障算法VFH以及VFH+,包括:算法的构架以及实现算法的各个步骤等;

并对算法进行了仿真实验. 在

第六章中,首先介绍了同时定位与制图算法与避障算法VFH/VFH+结合、产生新导航算法的可能性以及新算法的优越性;

然后在对导航新算法进行说明的同时,通过仿真实验证实了其正确性与鲁棒性.

第七章为全文的总结以及对今后工作的展望. 文章结构框架如图1-1所示.其中星号标示处为本研究的创新点. 图1-1 全文结构框架 第2章 移动机器人导航技术 2.1机器人导航概述 智能移动机器人是一类能够通过传感器感知环境和自身状态,实现在有障碍物的环境中向目标自主的运动,从而完成一定作业功能的机器人系统.而目前智能的导航技术已经成为移动机器人研究领域的热点课题.智能导航要解决三方面的问题[5]: (1)选择适当的传感器系统对移动机器人所处的环境进行认识;

(2)通过一定的检测手段获取移动机器人在空间中的位置、方向以及所处的环境的信息;

(3)用一定的算法对所获取的信息进行处理并建立环境的模型,寻求一条最优或近似最优的无碰撞路径,实现移动机器人安全移动的路径规划. 当移动机器人在未知或不确定环境下运行时,必须通过传感器来采集环境信息,并通过一定算法把传感器收集到的数据进行分析、融合,用来建立外部环境的模型,正确、全面的反映出外部环境的特征,为导航决策提供正确的依据. 2.2移动机器人导航方式 在机器人导航技术中首先要解决的问题是采用什么样的导航方式,即采用什么样的传感器系统对外界环境进行感知,并指导机器人的后续动作.常见的机器人导航方式有[5]:电磁导航、光反射导航、环境地图模型匹配导航、路标导航、视觉导航、基于传感器数据的导航以及卫星导航等. 电磁导航也称地下埋线导航,这种导航方式是20世纪50年代美国开发的,到20世纪70年代这种导航方式迅速发展并开始运用于柔性生产.其原理是在路径上连续的埋设多条引导电缆,分别........