学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

全方位移动平台的设计以及定位和路径规划

作　者: 张晓
导　师: 赵京
学　校: 北京工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 全方位移动平台 超宽频定位 路径规划
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 4次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


机器人是当代自动化技术和人工智能技术发展的典型体现，也代表着制造技术发展的新水平。全方位移动机器人是具有平面内完全的3个自由度的移动机器人系统，可以实现在任意时刻向平面内任意方向移动，非常适合在各种复杂的环境中工作。其中，定位问题是自主移动机器人要解决的首要问题，也是其实现自主导航、即时定位、地图构建和完成其它智能任务的关键，而路径规划是移动机器人技术研究领域中的一个重要分支，是机器人智能化的重要标志。因此，研究全方位移动机器人的定位和路径规划具有十分重要的意义。本文首先研究了全方位移动平台的分类，详细分析了各种全方位轮的优缺点，针对实验室对全方位移动平台的要求，选择无偏距万向轮为其全方位轮，设计了一款三轮的全方位移动平台，并对其设计过程进行了详细说明。根据设计结构以及具体参数对全方位移动平台进行运动学建模，用MATLAB软件对建模方法进行仿真，验证了运动学模型的可行性。其次，针对传统定位方式定位精度差、定位系统搭建复杂难度高等问题，分析了超宽频技术应用于室内定位的优点，引进由美国Time Domain公司生产的PLUS超宽频即时定位系统系统，对比选择出最适合于超宽频定位系统的定位方式，基于此定位系统对全方位移动机器的实时定位和导航进行研究。再次，针对实验室的环境特点，对室内环境的建模方法进行了研究，并提出了障碍物的处理方法。由于实验室的环境均为已知，选择全局路径规划方法为移动平台的路径搜索方式，结合环境建模和障碍物处理，本章重点研究了经典A*算法在计算机上的实现问题，并对A*算法提出了改进。最后，在上述理论研究和仿真的基础上，设计了一款基于PLUS系统的定位系统软件，软件的基本功能包括：对全方位移动平台进行定位，并对定位数据进行处理，实时显示全方位移动平台的位置；对实验室的环境进行建模，并对地图上的障碍物进行处理，嵌入多种A*算法，实时选取路径的起始点、目标点规划显示可行路径。在此平台上，通过对全方位移动平台的典型轨迹运动实验、避障运动规划、路径追踪等实验研究，研究了机器人的综合性能，为课题的进一步研究奠定了基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 课题的研究背景及意义  9-10
    1.1.1 研究背景和意义  9-10
    1.1.2 课题来源  10
  1.2 国内外研究现状  10-16
    1.2.1 定位技术研究现状  10-11
    1.2.2 路径规划研究现状  11-16
  1.3 课题的主要研究内容  16-19
第2章 全方位移动平台的设计与建模  19-33
  2.1 全方位移动平台的设计  19-27
    2.1.1 典型全方位轮  19-22
    2.1.2 三轮全方位移动平台的设计  22-25
    2.1.3 电机的选型  25-27
  2.2 建立运动学模型以及运动学分析  27-31
    2.2.1 基本假设与参数定义  27-29
    2.2.2 运动学模型的建立  29-31
    2.2.3 运动学模型的 MATLAB 仿真  31
  2.3 本章小结  31-33
第3章 基于超宽频技术的室内定位  33-43
  3.1 基于超宽频技术的室内定位系统  33-37
    3.1.1 UWB 超宽频定位的优势  33-34
    3.1.2 定位系统 PLUS 的硬件架构  34-37
  3.2 PLUS 定位系统定位方式选择  37-41
    3.2.1 TOA 用于超宽频定位的优势  38-39
    3.2.2 基于 TOA/TDOA 的定位模型  39-41
  3.3 本章小结  41-43
第4章 全局路径规划  43-53
  4.1 环境建模  43-46
    4.1.1 地图表示方法  43-45
    4.1.2 障碍物处理  45
    4.1.3 实验室环境建模  45-46
  4.2 传统 A~*算法的实现  46-50
    4.2.1 搜索区域  46-47
    4.2.2 路径搜索  47-50
    4.2.3 A~*算法流程  50
  4.3 A~*算法的改进  50-52
    4.3.1 改进算法的实现  50-52
    4.3.2 改进算法流程图  52
  4.4 本章小结  52-53
第5章 系统实现与实验分析  53-65
  5.1 定位系统软件的设计  53-59
    5.1.1 UI 及显示模块  53-56
    5.1.2 路径规划模块  56-57
    5.1.3 数据处理模块  57-59
  5.2 全方位移动平台运动实验  59-63
    5.2.1 验证运动学建模实验  59-61
    5.2.2 路径追踪实验  61-63
  5.3 本章小结  63-65
结论  65-67
参考文献  67-71
攻读硕士学位期间所取得的研究成果  71-73
致谢  73

相似论文

  1. 动态环境下移动对象导航系统相关技术的研究,TP301.6
  2. 基于改进蚁群算法的机器人路径规划研究,TP242
  3. 基于ARM的家用清洁机器人软件设计与研究,TP242
  4. 基于遗传算法智能小车路径规划的研究,TP242
  5. 面向GPS导航拖拉机的最优全局覆盖路径规划研究,TN967.1
  6. 双层车库车辆调度辅助决策支持系统,TP242
  7. 板材安装自行走本体导航系统的研究,TP242
  8. 空间站零燃料大角度姿态机动方法,V448.2
  9. CGF主体智能移动方法研究,TP391.9
  10. 大型结构物小车装船关键技术研究,U693
  11. 基于PSO算法的移动机器人路径规划,TP242
  12. 带视觉的双臂机器人手臂无碰撞路径规划,TP242
  13. 仿人机器人仿真若干问题的研究,TP242
  14. 六自由度机械臂路径规划的分析与设计,TP242
  15. 基于ADT的工业机器人控制试验平台研究,TP242.2
  16. RoboCup小型组足球机器人路径规划的研究,TP242
  17. 基于改进人工势场法的足球机器人路径规划研究,TP242
  18. 轻型机械臂模块化设计与运动控制的研究,TP241
  19. 移动机器人系统设计及控制研究,TP242.6
  20. 基于栅格法的仿生机器鱼路径规划研究,TP242
  21. 视觉导航中局部路径规划方法研究及嵌入式实现,TP242

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
© 2012 www.xueweilunwen.com