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搜救机器人运动控制系统完善与改进
作 者: 谢爱珍
导 师: 李贻斌
学 校: 山东大学
专 业: 控制科学与工程
关键词: 搜救机器人 航位推算法 AHRS IMU 姿态保护 视觉里程计
分类号: TP242
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 57次
引 用: 1次
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内容摘要
搜救机器人在灾难救援方面有着巨大的应用潜力,它可以代替救援人员首先进入救灾现场采集现场数据,给下一步的救援行动提供重要信息。针对救援环境的特殊性,搜救机器人需要具备多项功能,例如灵活的越障避障能力、多项环境感知能力、高效通信能力等。在完成了搜救机器人的各项基本功能基础上,为了增强搜救机器人的实用性,非常有必要进一步研究机器人的定位系统与姿态保护系统设计。机器人的定位技术种类繁多,其中一种简单有效的方法是航位推算法。本文设计了基于光电编码器的定位系统,给出详细的电路设计,并进行了实验,给出实验结果与分析。针对光电编码器系统误差比较大的缺点,提出两种可行的补偿方式,一是软件补偿,二是通过测量航向角进行补偿。搜救机器人在井下特殊环境中工作,需要具备一定的自我保护能力。因此,进行了利用倾角传感器所做的姿态保护设计,机器人在面临翻车危险时可以做出及时反应,自身采取一定措施的同时也可以接受来自操作人员的安全行驶命令。选择倾角传感器而不选功能更强大的惯性测量仪器的原因,在论文中也给出了分析与说明。近几年兴起的视觉里程计技术具有信息量大、适用范围广等优点,既可以求出机器人的位置变化,还可以得到机器人的姿态变化。为了将来在搜救机器人平台上应用视觉里程计,研究了视觉里程计的常用框架,包括特征提取、特征匹配、摄像机标定以及运动估计,分析了视觉里程计每一步常用方法,并给出部分实验结果,为视觉里程计与航位推算法和姿态保护等融合运用打下基础。最后,总结了研究工作中的不足,展望未来。
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全文目录
摘要 8-9 ABSTRACT 9-11 第1章 绪论 11-17 1.1 课题研究背景与意义 11-12 1.2 移动机器人研究现状 12-13 1.3 搜救机器人研究现状 13-15 1.4 论文的主要内容与章节安排 15-17 第2章 机器人定位系统设计 17-35 2.1 机器人自主定位方法介绍 17-18 2.2 航位推算(DR,Dead Reekoning)技术 18-20 2.3 机器人运动方程 20-25 2.3.1 运动学方程 21-23 2.3.2 运动学模型 23-25 2.4 运动控制板电路设计 25-31 2.4.1 驱动器方式及驱动器选型 25-26 2.4.2 速度测量 26-31 2.5 算法应用与软件实现 31-34 2.6 本章小结 34-35 第3章 姿态检测与保护 35-51 3.1 引言 35-36 3.2 AHRS姿态检测 36-43 3.2.1 Innalabs AHRS 36-40 3.2.2 传感器原理简述 40-43 3.3 IMU(惯性测量系统)姿态检测 43-45 3.3.1 XW-VG5300工作原理 43-44 3.3.2 XW-VG5300控制指令 44 3.3.3 XW-VG5300输出数据格式 44-45 3.4 倾角传感器姿态检测 45-48 3.4.1 倾角传感器简介 45-46 3.4.2 测量原理与应用电路设计 46-47 3.4.3 硬件接口与数据传输 47-48 3.5 姿态保护设计 48-50 3.6 本章小结 50-51 第4章 视觉里程计中的姿态与位移测量 51-73 4.1 视觉里程计发展概述 51-52 4.2 特征提取 52-58 4.2.1 特征提取概述与分类 52-53 4.2.2 SIFT尺度不变特征检测 53-54 4.2.3 Harris角点检测算法 54-58 4.3 特征匹配 58-62 4.4 张正友平面标定法 62-66 4.5 运动估计 66-72 4.5.1 任务分析 66-67 4.5.2 建立数学模型 67-69 4.5.3 求解方法 69-72 4.6 本章小结 72-73 第5章 总结与展望 73-75 5.1 总结 73 5.2 展望 73-75 附录A 获取编码器输出脉冲的VHDL程序 75-77 附录B 角点检测和匹配部分程序(MATLAB) 77-80 参考文献 80-85 致谢 85-87 攻读硕士学位期间参与项目 87 攻读硕士学位期间发表的论文 87-88 学位论文评阅及答辩情况表 88
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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