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《南京大学》 2014年
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移动机器人边界探测关键技术研究

方超  
【摘要】:嵌入式计算和无线通信技术的发展使得机器人应用越来越受到广泛的重视,移动机器人的边界探测作为一类重要的应用,能够为科研、军事和商业等多个应用领域提供重要的边界信息,帮助完成导航、定位以及特定区域的搜寻等任务。然而边界环境的复杂性和多样性以及移动机器人设备本身的局限性对于面向移动机器人的边界探测提出了挑战。首先,一般机器人设备控制的精确性有限,需要感知边界信息不断进行自身行为调整才能有效地执行边界探测任务。而边界环境逐渐变得动态、开放进一步增加了边界感知的复杂性,尤其是边界环境的动态特性需要应用不仅能感知边界在瞬时状态下的静态特性,还要感知边界在一段时间内不断变化的动态特性,这些都使得通过移动机器人进行边界感知存在很大挑战。其次,由于单个移动机器人边界探测存在固有的鲁棒性不足和局限性问题,应用多个移动机器人进行协同地边界探测是目前主要的探测方案。而在这一类多移动机器人的协同边界探测过程中,多机器人在同一区域可能发生相遇碰撞是一种常见的情况,这类问题的出现会影响整个协同探测的完成,但是现有工作针对多机器人如何处理避让问题的研究有所不足。针对上述的两个问题,本文着重研究了在一个实际的移动机器人(移动小车)平台上如何应对边界特性感知和处理协同避让的问题。具体而言,本文的主要贡献包括:首先,我们应用基于谓词检测的方法实现边界探测下对于环境的特性感知(主要是边界特性的感知)。为了说明如何应对动态的边界特性感知,首先通过快照谓词(snapshot predicate)检测的方法感知静态的边界特性,对于每个当前状态的边界数据进行建模和规约,基于对快照谓词的检测感知静态的边界状态变化;进一步我们引入时序信息,对随时间动态变化的边界数据进行建模,规约成序列谓词(sequence predicate)描述反映边界状态动态变化的时序特性,基于对序列谓词的检测感知动态的边界状态变化过程。同时还通过一个实际的面向移动小车边界感知实验分析和评估谓词检测方法对于环境特性感知的效果。然后,我们通过防冲撞检测和基于选主的避让协同方法解决了边界探测中的协同避让问题。首先基于防冲撞检测实现对多车边界探测过程中可能发生的碰撞情形进行有效检测,然后在移动小车之间进行选主并基于选主的结果完成多车的避让协同。最后通过一个真实场景的两车避让实验验证应对多车避让问题的有效性。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TP242

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