收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于控制变量优化和端对端学习的移动机器人导航算法研究

张霄远  
【摘要】:随着机器人技术的发展,移动机器人已经应用救灾,工业生产,生活服务各个领域。在这些领域内,移动机器人需要自主快速地穿过一个复杂的动态环境。自主导航算法是智能移动机器人的关键技术。本文主要针对以差分移动机器人和车形移动机器人为代表的非全向移动机器人,在有地图和无地图两种情况下的导航问题开展研究。本文针对差分和车形移动机器人在有地图情况下,提出了一种新的基于控制变量优化的移动机器人时间最优局部规划算法。建立了差分移动机器人和车形移动机器人的局部规划优化问题的模型,推导出目标函数及约束函数关于优化变量的解析梯度表达式,引入了一种新的交替进行的投影梯度下降和共轭梯度下降实现优化问题的快速求解,并将提出的局部规划算法用于机器人的闭环控制。本文提出的方法是在机器人的可行控制空间内进行优化,对运动-动力(kinodynamincs)约束和非全向(non-holonomic)约束处理更为直接。利用仿真和实验验证了导航算法的时间最优性、实时性、鲁棒性、控制连续性等性能。在无障碍情况下,我们验证了提出的方法所规划的轨迹非常接近理论上时间最优的Reeds Shepps轨迹,优于连续曲率的Fraichard轨迹。针对起点到终点存在多个同伦类情况,在有地图情况下提出了一种基于多同伦类的移动机器人时间最优局部规划算法。首先,分析了局部规划普遍存在的单同伦性问题。之后,引入H标签来区分多个同伦类,利用一个稀疏概率地图更快地获取环境的拓扑信息,借助同伦类可以搜索出存在的多种优化轨迹初值,从而避免轨迹优化的局部最优性问题。与现有利用Voronoi图和稠密概率地图的方法相比,我们的方法的特点是利用稀疏概率地图维护多个同伦类,在搜索多同伦初值时速度较快。利用仿真验证了导航算法可以处理多个同伦类情况的最优路径规划问题,能够找到全局最优解。针对机器人无地图情况下仅有低成本稀疏激光雷达的导航问题,提出了一种基于端对端学习的无地图局部规划方法。首先,提出了一个无地图情况下的神经网络控制器,设计了该神经网络控制器的训练框架。通过让机器人学习有地图情况下的规划数据,学习到在地图缺失情况下的局部规划策略。结果表明:无地图规划算法能够在较为复杂的情况下完成导航作业,并且导航的路径和基于地图的导航算法相差不大,但是导航所需时间会比较高。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前14条
1 陈荔;申健;;基于横向微位移补偿的非完整移动机器人控制[J];计算机仿真;2020年12期
2 张洪赫;刘玉梅;卜春光;范晓亮;眭晋;;救援移动机器人爬梯构型分析[J];装备机械;2020年04期
3 ;腾讯公布2项移动机器人方面新进展[J];机器人技术与应用;2020年06期
4 赵皎云;;海康机器人:机器视觉和移动机器人技术应用日渐深入——访杭州海康机器人技术有限公司副总裁吴尧[J];物流技术与应用;2021年03期
5 张余恒;彭一准;葛泽凡;;基于无线充电的移动机器人锂电池电压估算方法与实现[J];天津科技大学学报;2021年02期
6 李哲;;室内移动机器人自主导航系统设计与方法[J];信息与电脑(理论版);2021年07期
7 田晋宇;王创创;何平;熊兴中;;非完整网络移动机器人的一致性[J];华中师范大学学报(自然科学版);2019年06期
8 田晋宇;王创创;何平;;含有通信时延的非完整移动机器人的一致性[J];四川理工学院学报(自然科学版);2019年05期
9 朱玲;李艳东;郭媛;;移动机器人自适应模糊神经滑模控制[J];微电机;2020年01期
10 张雷;;移动机器人行业:整体增速放缓,细分趋势明显[J];物流技术与应用;2020年03期
11 张占胜;王宁佳;李峰;李啸林;;适合复杂环境的移动机器人定位系统[J];内燃机与配件;2020年06期
12 ;数字[J];物流技术与应用;2020年04期
13 王奉晨;高宏力;宋兴国;雷亚雄;;全地形六轮移动机器人的设计与制作[J];机械设计与制造;2020年05期
14 刘颖妮;;室内移动机器人的定位技术研究[J];安阳师范学院学报;2020年02期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 李伟;江晓佳;王彦昕;王永强;;基于模糊逻辑推理的室外移动机器人道路边沿抽取的方法[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
2 卢铁;杨春雨;;矿区废弃地移动机器人导航系统设计[A];第31届中国过程控制会议(CPCC 2020)摘要集[C];2020年
3 陈腾飞;邓中亮;张朝晖;;基于改进A~*算法的移动机器人路径规划[A];第十二届中国卫星导航年会论文集——S09 用户终端技术[C];2021年
4 陈炜;马利;王立柱;;双臂移动机器人在不平路面激励下的振动特性分析[A];第十届动力学与控制学术会议摘要集[C];2016年
5 王润孝;仲于海;;四足移动机器人研究现状及核心关键技术[A];2017年第七届全国地方机械工程学会学术年会暨海峡两岸机械科技学术论坛论文集[C];2017年
6 汤亚锋;姚红;杨庆;;气浮式移动机器人的模糊运动控制方法[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第一分册)[C];2009年
7 李斌;刘景泰;孙雷;王鸿鹏;李宝炯;;面向复杂环境作业的轮式滑动转向移动机器人平台设计[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第二分册)[C];2009年
8 赵晖;王天然;刘德林;;分布式数据库在移动机器人中的应用[A];第十届全国数据库学术会议论文集[C];1992年
9 高志军;颜国正;丁国清;颜德田;;多移动机器人间通讯机制的设计与实现[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(上)[C];2001年
10 郭丙华;胡跃明;吴忻生;;未知或已知环境中的非完整移动机器人运动规划[A];第二十一届中国控制会议论文集[C];2002年
11 刘国栋;吕福生;谢宏斌;;基于神经网络的移动机器人的路径规划研究[A];2003年中国智能自动化会议论文集(上册)[C];2003年
12 李世华;田玉平;;一种非完整移动机器人有限时间跟踪控制算法[A];江苏省自动化学会七届四次理事会暨2004学术年会青年学者论坛论文集[C];2004年
13 刘海波;董玉杰;王福忠;牛满仓;;基于单目视觉的移动机器人导航算法研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
14 周慧;李剑汶;江昊威;童峰;;基于单超声传感器的移动机器人沿墙导航[A];2014年中国声学学会全国声学学术会议论文集[C];2014年
15 王斐;魏巍;吴成东;;未知动态环境下的多移动机器人协作围捕[A];2009中国控制与决策会议论文集(2)[C];2009年
16 吕科阳;孟偲;;基于直线的室内移动机器人视觉定位方法[A];第十九届测控、计量、仪器仪表学术年会(MCMI'2009)论文集[C];2009年
17 姜生元;叶锐汉;江旭东;李建永;;三轴差动式管内移动机器人驱动单元的研究[A];第三届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2007年
18 陈余庆;胡英;马孜;;基于贝叶斯理论的移动机器人相对定位[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
19 周火凤;马保离;;离轴式拖车移动机器人的路径跟踪控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
20 邢关生;邵岩;陈海永;孙鹤旭;;移动机器人网络运动协调的迭代式图生成方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
中国博士雷竞技下载ios 全文数据库 前20条
1 王志瑞;四面体杆式移动机器人的系统设计与研究[D];北京交通大学;2019年
2 林俊钦;非结构环境中移动机器人视觉定位技术研究[D];北京理工大学;2017年
3 熊辉;基于分层优化的移动机器人即时定位与地图构建方法研究[D];华中科技大学;2019年
4 张启彬;基于不确定性分析的移动机器人室内定位与导航控制方法研究[D];中国科学技术大学;2018年
5 李晔卓;可重构多模式地面移动机器人的构型设计与性能研究[D];北京交通大学;2018年
6 黄辰;基于智能优化算法的移动机器人路径规划与定位方法研究[D];大连交通大学;2018年
7 程传奇;非结构场景下移动机器人自主导航关键技术研究[D];战略支援部队信息工程大学;2018年
8 冯晟;基于无线传感器网络的移动机器人室内动态定位[D];东北大学;2017年
9 邱增帅;面向室外环境的移动机器人自主场景理解[D];大连理工大学;2018年
10 陈伟华;社会环境的轮式移动机器人定位导航方法研究[D];华南理工大学;2018年
11 欧屹;特种地面移动机器人机械系统设计与分析[D];南京理工大学;2013年
12 姜健;多移动机器人协作方法研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
13 刘大亮;一种球形移动机器人的运动分析与控制技术的研究[D];北京邮电大学;2009年
14 徐贺;可重构多机动模式移动机器人及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
15 郭丙华;非完整移动机器人运动规划研究[D];华南理工大学;2003年
16 赵素娜;脑控非完整移动机器人方法研究[D];华南理工大学;2017年
17 齐海铭;管内移动机器人示踪定位技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
18 陈余庆;多移动机器人的协作运动控制研究[D];大连理工大学;2006年
19 孙骞;多移动机器人协同定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2016年
20 邹小兵;移动机器人原型的控制系统设计与环境建模研究[D];中南大学;2005年
中国硕士雷竞技下载ios 全文数据库 前20条
1 张霄远;基于控制变量优化和端对端学习的移动机器人导航算法研究[D];上海交通大学;2020年
2 张荣登;一种球形移动机器人导航系统设计与研究[D];北京邮电大学;2009年
3 张凯文;基于深度强化学习的全向移动机器人导航算法[D];青岛科技大学;2020年
4 朱向彬;室外移动机器人试验平台及监控行为研究[D];天津理工大学;2005年
5 张晨;基于群智能算法的移动机器人导航系统设计及应用[D];上海工程技术大学;2016年
6 张洪赫;救援移动机器人典型地形通过技术研究[D];沈阳理工大学;2021年
7 张雅楠;多移动机器人调度与路径优化研究[D];重庆邮电大学;2020年
8 李兆宏;新型全方位移动机器人的设计与研究[D];山东科技大学;2020年
9 冯玉飞;履腿复合式移动机器人运动控制系统的研究[D];天津职业技术师范大学;2021年
10 刘建猛;基于嵌入式实时系统的移动机器人控制系统设计[D];西南科技大学;2021年
11 赖立海;基于RGB-D相机的室内移动机器人全局自定位技术研究[D];湖南大学;2019年
12 林鹏;融合IMU与RGB-D相机的室内移动机器人地图创建算法研究[D];湖南大学;2019年
13 赵辉平;基于TLD框架的移动机器人目标跟踪方法研究及实现[D];湖南大学;2019年
14 李珊珊;基于KinectV2的室内移动机器人同步定位和地图构建研究[D];厦门大学;2019年
15 罗阳阳;移动机器人路径规划算法研究[D];湖南大学;2019年
16 朱朔凌;制药上料移动机器人室内地图构建与导航技术研究[D];湖南大学;2019年
17 杨芳;基于ROS移动机器人底盘设计与实现[D];湖南大学;2019年
18 郭恒宇;室外移动机器人的定位和避障研究与系统实现[D];湖南大学;2019年
19 秦宋阳;六足移动机器人的结构设计与分析[D];浙江工业大学;2020年
20 罗西;基于SLAM的移动机器人导航与精确定位研究[D];湖北工业大学;2019年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 陈乐;移动机器人:太阳能安装工终结者[N];中国科学报;2012年
2 本报记者 任晓宁;解码移动机器人[N];经济观察报;2021年
3 本报记者 任晓宁;灵动科技:做移动机器人是“正确时间做正确的事”[N];经济观察报;2021年
4 记者 温才妃;福州大学等 新方法让移动机器人变得更高效[N];中国科学报;2021年
5 深圳商报记者 袁静娴;深圳优艾智合创始人张朝辉:找到工业移动机器人的生命力[N];深圳商报;2021年
6 本报记者 郎晶晶;郑棋元:坚守初心 技能报国[N];云南日报;2021年
7 记者 张红波;云南技师学院郑棋元勇夺第45届世界技能大赛移动机器人项目金牌[N];云南经济日报;2019年
8 本报记者 黄辛 赵广立;给移动机器人装上“最强大脑”[N];中国科学报;2018年
9 整理 任紫;技能报国 正当其时[N];中国劳动保障报;2019年
10 湖南日报记者 姚学文;驰众 跻身工业移动机器人第一方阵[N];湖南日报;2018年
11 本报记者 郝晓明;移动机器人“冰屏”炫舞“北京八分钟”[N];科技日报;2018年
12 沈阳日报、沈报融媒记者 李海英;炫舞“北京8分钟” 沈阳新松移动机器人团队荣获“市长特别奖”[N];沈阳日报;2018年
13 本报记者 孙宏阳;移动机器人巡逻机场高速[N];北京日报;2017年
14 本报记者 周明阳;移动机器人:“百变万用”真神奇[N];经济日报;2015年
15 本报记者 杨成万;图灵时代:打造移动机器人 赋能传统产业智能化升级[N];金融投资报;2021年
16 朱伟良 穗人社宣;广州选手摘金夺银创历史佳绩[N];南方日报;2017年
17 苏报融媒记者 林琳;5G智慧仓储落地苏州[N];苏州日报;2020年
18 ;技能人才的春天来了[N];中国组织人事报;2021年
19 南方日报记者 黄叙浩 黄鸿基 欧志葵 肖文舸;各路能工巧匠显身手[N];南方日报;2020年
20 中国工业报记者 李芳蕾;履坦科技:打造地面行走的农机典范[N];中国工业报;2019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