收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

履带式排爆机器人的路径规划和轨迹跟踪研究

邓伟  
【摘要】:随着科技的发展,机器人领域已经成为衡量一个国家科学技术创新力和竞争力的重要标志。针对恶性恐怖事件和重大自然灾害等突发事件,能够在搜救、排爆与消防等工作中代替人去执行和完成这些危险任务的特种机器人越来越受到关注。本文以自主移动排爆机器人为研究对象,围绕机器人自主导航中的环境信息感知与重建、路径规划以及轨迹跟踪等问题进行了深入的研究,具体内容如下:首先,分别建立多连杆悬挂履带式运动平台与五自由度机械臂的运动学模型,并基于此构建整个排爆机器人的运动学模型,为后续控制方法的研究奠定了理论基础。其次,环境信息采集与地图创建以及目标位置的识别是路径规划的数据基础。本文采用TOF相机与激光扫描仪相配合的方式实现排爆机器人的环境信息感知,结合激光扫描仪识别范围大和TOF相机近场信息丰富等特点,通过激光扫描仪的点云数据与TOF相机的影像数据融合,采用KCF算法+距离约束的方式,实现地图创建与目标识别。随后,针对路径规划问题,做了以下研究工作:(1)基于TOF相机与激光扫描仪相融合的信息构建栅格地图,从而建立路径规划与轨迹跟踪的环境信息基础。(2)针对A*算法易导致航向抖动的问题,引入航向约束改进A*算法,提高了履带式运动平台的稳定性。(3)针对以最短运行时间为目标的五自由度机械臂轨迹规划问题,提出了基于混沌局部搜索的双种群遗传最优时间轨迹规划算法,提高了自主作业效率。最后,排爆机器人的轨迹跟踪性能是决定其能否自主完成抓取或销毁爆炸物等作业任务的重要环节,这就要求具有良好的实时性和精确性。为提高轨迹跟踪的精确性,基于模型预测控制原理,提出了末端轨迹跟踪算法,即已知当前时刻位置状态和下一时刻的位置输入状态,预测未来某时域内的输出状态;然后根据给定性能指标和约束条件求解未来一段时域内的输入序列,对实际输出进行反馈矫正。针对比例因子的动态路径跟踪控制问题,提出了一种基于非线性控制和自适应控制相结合的跟踪控制策略。综上所述,排爆机器人可通过TOF相机与激光扫描仪,完成环境信息采集与目标识别;通过改进的A*算法实现履带式运动平台的路径规划;通过基于混沌局部搜索的双种群遗传最优时间轨迹规划算法实现五自由度机械臂的轨迹规划;通过模型预测控制算法实现排爆机器人的轨迹跟踪。至此,排爆机器人已经初步具备了目标识别→路径规划→轨迹规划→轨迹跟踪这一自主作业能力,极大地提高了智能化水平。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 邓伟;刘平;李贻斌;宋锐;;基于模型预测控制的排爆机器人轨迹跟踪算法研究[J];仪器仪表学报;2016年S1期
2 谭冠政,蒋建敏;机器人精确轨迹跟踪的一种新算法[J];湘潭大学自然科学学报;1989年02期
3 郑载满;黄家喜;;采用滑模变结构控制的轨迹跟踪伺服系统[J];黑龙江自动化技术与应用;1989年03期
4 吕健;吕学勤;;焊接机器人轨迹跟踪研究现状[J];机械制造文摘(焊接分册);2017年01期
5 张永华;杜煜;张汇;杨硕;杜晨;;基于惯导航向角的智能车几何轨迹跟踪算法[J];北京联合大学学报;2017年04期
6 龙也;谢博文;王小钊;;一种具有普适性的机器人行走任意轨迹跟踪算法[J];科协论坛(下半月);2010年03期
7 沈智鹏;张晓玲;;基于非线性增益递归滑模的船舶轨迹跟踪动态面自适应控制[J];自动化学报;年期
8 刘瑞;朱西产;李霖;;紧急变道工况鲁棒性车辆轨迹跟踪策略[J];同济大学学报(自然科学版);2017年11期
9 徐兴;卢山峰;陈龙;蔡英凤;李勇;;基于差动和自主转向协调的分布式驱动无人车轨迹跟踪[J];汽车工程;2018年04期
10 池瑞楠,胡跃明,胡终须;基于解耦控制的非完整移动机器人实时轨迹跟踪[J];机器人;2001年03期
11 汪磊;战强;;球形机器人轨迹跟踪算法[J];机械工程与自动化;2013年06期
12 张汝云;许明艳;江涛;;一种基于隐马尔可夫模型的目标轨迹跟踪算法[J];计算机应用研究;2013年05期
13 吴卫国,蒋平,陈辉堂,王月娟;移动小车轨迹跟踪的力矩控制[J];控制与决策;1999年02期
14 卢红,万钊,常建娥;焊接中特定轨迹跟踪装置的研制[J];仪表技术与传感器;1997年03期
15 司玉洁;宋申民;;高超声速飞行器模型建立与交互多模型轨迹跟踪算法[J];黑龙江大学工程学报;2017年02期
16 王婉秋;钱宇彬;林雨;;双车道公路弯道驾驶轨迹跟踪模型[J];西南交通大学学报;2014年05期
17 李茂山;;轨迹跟踪管理对车队的意义和现实应用[J];现代营销(学苑版);2013年05期
18 窦斌,蒋国盛;建立特殊条件下导向钻孔轨迹跟踪和控制的数学模型[J];煤田地质与勘探;2003年02期
19 赵克刚;郭泉成;裴锋;梁政焘;;基于最优控制的智能车轨迹跟踪算法[J];机械与电子;2018年07期
20 冉娜;;基于智能优化算法的舰船航行轨迹跟踪[J];舰船科学技术;2018年14期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈力;;空间机器人末端抓手相对运动轨迹跟踪的自适应控制[A];2001年中国智能自动化会议论文集(上册)[C];2001年
2 雷鸣;王月娟;蒋平;;视觉引导的机器人轨迹跟踪路径规划的一种新方法[A];1994年中国控制会议论文集[C];1994年
3 吕达;苏浩秦;;AUV设定航迹跟踪问题的研究[A];北京力学会第二十四届学术年会会议论文集[C];2018年
4 冯驰;徐冉;;水下潜器垂直运动轨迹跟踪研究[A];2010年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2010年
5 毛行静;陈力;;漂浮基空间机械臂末端爪手惯性空间轨迹跟踪的改进滑模变结构控制方案[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 于潇雁;陈力;;基于线性观测器的自由飘浮柔性空间机械臂关节轨迹跟踪鲁棒控制及弹性振动抑制[A];第三届海峡两岸动力学、振动与控制学术会议论文摘要集[C];2013年
7 郭益深;陈力;;漂浮基双臂空间机器人关节轨迹跟踪的拟增广自适应控制[A];第25届中国控制会议论文集(中册)[C];2006年
8 韩晋;;基于EKF-PHD滤波器的多目标轨迹跟踪研究[A];中国造船工程学会电子技术学术委员会2017年装备技术发展论坛论文集[C];2017年
9 张晓军;卢莹;李智斌;;基于WebGIS服务架构的浮空器轨迹跟踪监视显示系统的开发[A];第四届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2017年
10 廖煜雷;庞永杰;;一类欠驱动机械系统轨迹跟踪的滑模控制方法[A];2011年中国智能自动化学术会议论文集(第一分册)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘宗伟;矿用水平钻机钻孔轨迹测量与跟踪方法研究[D];太原理工大学;2018年
2 梁西昌;救援机器人冗余液压机械臂运动学分析及轨迹跟踪控制方法研究[D];山东大学;2018年
3 邓伟;履带式排爆机器人的路径规划和轨迹跟踪研究[D];山东大学;2018年
4 王仲民;移动机器人路径规划及轨迹跟踪问题研究[D];河北工业大学;2006年
5 MOHAMMED MOHAMMED SALEH ALL-BAIL;[D];武汉理工大学;2011年
6 张鑫;移动机器人导航中的轨迹跟踪与群集运动控制研究[D];长安大学;2012年
7 叶锦华;不确定非完整轮式移动机器人的运动控制研究[D];华南理工大学;2013年
8 刘庆波;水平运动的欠驱动机器人运动规划与控制研究[D];北京工业大学;2009年
9 张远辉;基于实时视觉的乒乓球机器人标定和轨迹跟踪技术研究[D];浙江大学;2009年
10 王会方;串联机器人多目标轨迹优化与运动控制研究[D];浙江大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张明亮;工业机器人轨迹跟踪控制方法研究[D];兰州理工大学;2018年
2 张立阳;基于视觉的移动机器人轨迹跟踪问题研究[D];天津工业大学;2018年
3 李树帅;无人飞行器的轨迹跟踪控制算法研究[D];湖南大学;2017年
4 赵磊;基于道面地震动信号的飞机定位与轨迹跟踪研究[D];中国民航大学;2017年
5 许翔宇;多自由度气动伺服机械手轨迹跟踪控制研究[D];昆明理工大学;2017年
6 张振国;一种对日跟踪伺服控制系统的设计[D];长春工业大学;2017年
7 马腾;无人驾驶车辆轨迹跟踪分层协调控制方法研究[D];大连理工大学;2017年
8 刘峰;三维空间任意目标轨迹跟踪最优预见控制的研究[D];武汉理工大学;2003年
9 张晓玲;全驱动船舶轨迹跟踪的自适应动态面控制研究[D];大连海事大学;2018年
10 闫红丽;液压轨迹跟踪系统对高频信号响应的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 本报记者 李芃达;你的下一个朋友或许就是机器人[N];经济日报;2017年
2 谭彦叙 王帝;沈阳沈北分局网上“四战法”见成效[N];人民公安报;2009年
3 MEB记者 崔宏薇;热闹开场 众商齐聚SNEC 2012[N];机电商报;2012年
4 叶祝颐;GPS防“公车私奔”不如减少公车[N];青岛日报;2012年
5 崔新代 姜万涛;聊城东昌府:“五小战法”助推大会战提速增效[N];人民公安报;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978