收藏本站
《中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)》 2019年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于三维目标检测的轮式机器人避障导航技术研究

张耀威  
【摘要】:智能移动机器人是机器人研究领域中一个重要的分支,随着传感器和智能技术的发展,智能移动机器人通过集成人工智能、图像处理、智能控制、信息处理等技术,广泛应用于家庭生活、灾后搜救、工业生产和军事对抗等各个领域。与此同时,计算机技术和硬件设备飞速发展,智能移动机器人的应用场景不断向室外扩展。因此本文的研究重点在于使用人工智能检测识别技术提高智能机器人在室外街道场景的应用性能。感知和避障能力是室外移动机器人的两项重要能力。在感知能力方面,本文基于平截头点云网络的模型,并在其基础上进行改进,同时使用了RGB图像和激光雷达点云两种数据,实现了室外场景下的三维障碍物检测和识别功能;在避障能力方面,本文采用将建图与避障导航分开进行的方法,在高精地图的基础上使用Dijkstra全局路径规划算法和动态窗口局部路径规划算法实现避障导航功能;在应用测试方面,本文在ROS(Robot Operating System)机器人操作系统中完成了避障导航系统软件研制,在Autolabor Pro1轮式机器人上完成避障导航系统平台搭建,最后在室外街道场景完成避障导航性能测试。本文的主要工作和贡献包括以下几个方面:(1)重点研究了室外街道场景下的三维目标检测技术。本文基于平截头点云网络,使用RGB图像和激光雷达点云数据,完成三维目标检测功能。首先在RGB图像中使用YOLOv3完成了二维目标的检测和识别,然后通过标定好的传感器内参和他们之间的转换矩阵得到对应的点云数据,最后使用点云网络进行三维障碍物的检测。本文改进了该网络模型二维检测和三维检测的衔接处,加入二维包围框,提出扩张平截头点云网络,并在KITTI数据集上完成了车辆、行人和人骑车三种室外街景障碍物的检测和识别,提升了检测的精度。(2)重点研究了轮式机器人的避障导航技术。本文使用Dijkstra全局路径规划算法和动态窗口局部路径规划算法完成了机器人的避障导航功能。首先研究了Dijkstra算法和动态窗口法的原理以及实现过程。然后在ROS机器人操作系统中完成全局路径规划和局部路径规划的实验验证。最后在避障导航算法中融入三维目标检测技术,通过模拟街道场景的避障导航实验,验证了基于三维目标检测技术的避障导航算法可以有效地改善路径的摇摆和频繁变动问题。(3)重点研究了轮式机器人避障导航系统的软件研制与平台搭建。首先介绍了ROS机器人操作系统。然后在ROS机器人操作系统中完成了三维目标检测软件模块和避障导航软件模块的研制,在Autolabor Pro1轮式机器人平台上搭载移动工作站和激光雷达,完成轮式机器人避障导航系统平台的搭建。最后在真实园区中进行轮式机器人避障导航系统平台的测试。实验表明,使用RGB图像和激光雷达点云数据,通过本文提出的扩张平截头点云网络可以有效的检测出真实场景中的障碍物目标并应用于真实环境。结合三维目标检测算法,通过Dijkstra全局路径规划算法和动态窗口局部路径规划算法,可以完整并且安全的进行导航避障。本文的算法在真实的场景中有较高的实用性和鲁棒性。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TP242

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李格伦;崔天时;刘春莉;王锐;王立峰;;农用轮式机器人运动控制系统设计与试验[J];农机化研究;2018年02期
2 陈军;;轮式机器人巡线比赛路口常见问题分析[J];实验教学与仪器;2011年06期
3 汪世鹏;芮章磊;;基于工业4.0的平衡轮式机器人的研究[J];科技经济导刊;2016年34期
4 季彬铭;潘宝珠;王爱红;许惟超;孙静;;体感型智能轮式机器人设计[J];科技创新与应用;2017年12期
5 ;行业动态(新技术)[J];机器人技术与应用;2017年02期
6 李德毅;郑思仪;;轮式机器人的实践与展望[J];科技导报;2015年23期
7 ;李德毅:轮式机器人的实践与展望[J];走向世界;2016年47期
8 肖立武;曾连荪;朱锦顺;;面向轮式机器人导航的轨迹推演[J];电子设计工程;2014年24期
9 刘莹煌;;基于超声波传感器技术的智能轮式机器人避障研究与设计[J];科技创业家;2013年11期
10 李金良;包继华;于岩;孙友霞;张媛;;基于遗传算法的腿轮式机器人运动姿态优化[J];机床与液压;2010年21期
中国重要会议论文全文数据库 前8条
1 王俊杰;沈志腾;林沂泽;吴修旻;刘文进;黄俊儒;;影像追踪于人身型轮式机器人之应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 王牛;张琦;丘柳东;杨祖元;李祖枢;;在线自学习两轮轮式机器人点镇定仿人智能控制[A];2011年中国智能自动化学术会议论文集(第一分册)[C];2011年
3 刘后文;杨俊友;王硕玉;;轮式机器人的自适应滑模轨迹跟踪控制[A];第十二届沈阳科学学术年会论文集(理工农医)[C];2015年
4 董贺;杨俊友;;自适应滑模轨迹跟踪控制在轮式机器人控制中的应用[A];第十三届沈阳科学学术年会论文集(理工农医)[C];2016年
5 程福;刘中华;马英庆;赵臣;;轮式足球机器人加速性能研究[A];2005中国机器人大赛论文集[C];2005年
6 丁希仑;徐坤;;一种新型变结构轮腿式机器人的设计与分析[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第六分册)[中南大学学报(增刊)][C];2009年
7 郭毓;毛建;胡维礼;;轮式机器人轨迹跟踪迭代学习控制(英文)[A];2003年中国智能自动化会议论文集(上册)[C];2003年
8 齐国光;郏航;;新型车载充电系统的智能方法与实现[A];1995年中国智能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会论文集(上册)[C];1995年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 杨保国;科学家实现液态金属驱动轮式机器人[N];中国科学报;2018年
2 中国工程院院士 李德毅;谈未来汽车发展[N];中国信息化周报;2019年
3 中国工程院院士 李德毅;展望未来汽车的发展[N];中国信息化周报;2019年
4 中国青年报·中青在线记者 田文生;李德毅院士:未来汽车应是会学习的轮式机器人[N];中国青年报;2018年
5 张孟军;美改进型轮式机器人将重踏南极[N];科技日报;2005年
6 本报记者 佘惠敏;神似更胜于形似[N];经济日报;2015年
7 贵州日报当代融媒体记者 黄军;PIX“轮式机器人”进军欧美市场[N];贵州日报;2019年
8 记者 陈丹;机器人可自己创造语言相互交流[N];科技日报;2011年
9 中国工程院院士 李德毅;市区智能驾驶策略与试验[N];中国信息化周报;2014年
10 记者 李文芳 通讯员 杨晓云;未来生活在“云”上[N];浙江日报;2015年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 吕文君;复杂环境下轮式机器人的位姿估计问题研究[D];中国科学技术大学;2018年
2 宋兴国;轮式机器人的移动系统建模及基于模型学习的跟踪控制研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 李强;基于振动信号的轮式机器人地面分类方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 伍泓全;一种变结构轮式机器人的若干同题研究[D];北京邮电大学;2019年
2 伍健;液态金属液滴驱动的轮式机器人研究[D];中国科学技术大学;2019年
3 张耀威;基于三维目标检测的轮式机器人避障导航技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心);2019年
4 付光耀;基于图优化的轮式机器人三维建图研究[D];中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心);2019年
5 王赟;基于RRT轮式机器人路径规划方法研究[D];天津工业大学;2019年
6 肖冬瑞;轮式机器人的自主视觉重定位方法[D];天津大学;2018年
7 刘刚燚;基于Arduino的轮式机器人自动避障系统设计与实现[D];云南大学;2017年
8 曹东;农业轮式机器人建模与控制研究[D];山东农业大学;2018年
9 万建群;轮式机器人包围控制研究与系统实现[D];电子科技大学;2018年
10 许潇;一种变结构轮式机器人的动力学建模与控制[D];北京邮电大学;2018年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026