實(shí)用型陪護(hù)機(jī)器人導(dǎo)航方法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、本論文以國家863高技術(shù)項(xiàng)目《助老／助殘機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究》的子課題《實(shí)用型陪護(hù)機(jī)器人》為背景,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)實(shí)用型陪護(hù)機(jī)器人室內(nèi)環(huán)境下導(dǎo)航系統(tǒng)。包括多路聲納模塊設(shè)計(jì)及傳感器數(shù)據(jù)融合、基于擴(kuò)展重采樣的定位系統(tǒng)、基于接近圖法的反應(yīng)式避障系統(tǒng)等內(nèi)容。
　　 針對(duì)原機(jī)器人系統(tǒng)聲納測(cè)距模塊數(shù)目少、距離短、精度差且無法滿足室內(nèi)環(huán)境下陪護(hù)機(jī)器人導(dǎo)航避障實(shí)時(shí)性需求等問題,重新設(shè)計(jì)并安裝了14路聲納測(cè)距系統(tǒng),以交替發(fā)射技術(shù)為基礎(chǔ),解決超聲測(cè)距存在的

2、串?dāng)_問題并極大縮短數(shù)據(jù)采集周期。建立起適合本平臺(tái)的聲納模型,并運(yùn)用貝葉斯法則實(shí)現(xiàn)聲納數(shù)據(jù)融合。新聲納模塊能更完整的詮釋環(huán)境信息,滿足室內(nèi)結(jié)構(gòu)化環(huán)境下導(dǎo)航技術(shù)對(duì)傳感的基本需求。
　　 針對(duì)傳統(tǒng)基于采樣重要性采樣的蒙特卡羅方法普遍存在樣本貧乏、計(jì)算負(fù)載過大等問題,設(shè)計(jì)出一種適用于本陪護(hù)機(jī)器人平臺(tái)的基于擴(kuò)展重采樣的自適應(yīng)粒子濾波器。融合邊界可變的提議分布函數(shù),采用Metropolis Hastings抽樣實(shí)現(xiàn)MCMC轉(zhuǎn)移,不僅充分保持

3、粒子的多樣性,而且增強(qiáng)粒子的微觀細(xì)化能力。融合基于KLD-Sampling的自適應(yīng)采樣方法,建立起基于MCMC的自適應(yīng)擴(kuò)展重采樣系統(tǒng),實(shí)時(shí)調(diào)整定位過程中樣本數(shù)目,減輕計(jì)算負(fù)載。通過與多路聲納測(cè)距模塊結(jié)合,新定位算法能極大改善陪護(hù)機(jī)器人定位的精度與效果。
　　 VFH方法經(jīng)過VFH+,VFH*的演變和發(fā)展,在移動(dòng)機(jī)器人避障領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。本文將VFH系列方法與接近圖法進(jìn)行客觀比較分析后,針對(duì)VFH算法內(nèi)部閾值參數(shù)難以調(diào)節(jié)等問題,引

4、入更適合本系統(tǒng)的接近圖法來完成室內(nèi)環(huán)境下反應(yīng)式避障任務(wù)。建立PND和RND圖實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息的提取和詮釋,對(duì)機(jī)器人的安全形勢(shì)進(jìn)行細(xì)致的分類,針對(duì)不同的安全形勢(shì)建立相應(yīng)的導(dǎo)航策略體系。通過實(shí)驗(yàn),安排各種復(fù)雜的障礙物分布環(huán)境,測(cè)試接近圖法的避障效果,并與傳統(tǒng)避障算法對(duì)比,逐一分析接近圖法在反應(yīng)式避障領(lǐng)域獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。
　　 最后,在SBOT陪護(hù)機(jī)器人平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證各子模塊及導(dǎo)航軟件整體的有效性。包括新多路聲納測(cè)距模塊環(huán)境感知試驗(yàn)、基