基于激光雷达的室内服务机器人导航系统的设计与实现

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所属分类:AGV设计资料
摘要

本论文采用电子科技大学财务机器人FinaRobot作为研发平台,Fina Robot以拟人的人机交互方式协助财务处员工为师生提供财务问题的在线咨询,为保证其自主服务不受到电量过低导致自动关机的影响,本文为它设计了一套自动充电系统,完成远程导航和近程充电桩对接两部分工作,实现自动充电。另外,针对用户的地点引导需求,设计了一套融合语音交互的智能导航系统,在该系统中机器人需要使用语音与用户交流,同时能够规划一条合理的导航路径,并且实现避障功能。因此本文将重点围绕移动机器人建图、定位和导航技术开展研究和实验。本文所完成的详细工作和贡献说明如下:(一)针对本文对导航系统的功能需求,对财务机器人FinaRobot的总体架构(包含软件系统和硬件系统)进行构思和设计,其中最主要的软件系统主要包括三大模块:环境地图创建、语音导航和自动充电,同时选用Socket作为两大导航系统中主要的网络通信方式。(二)介绍了SLAM和激光雷达的基本原理。针对传统RBPF-SLAM存在的计算复杂度高以及粒子退化问题。提出了一种改进的RBPF-SLAM算法,通过改进的粒子重采样策略,降低粒子退化的速度,减少粒子个数,进一步提高建图精度和效率。基于上述改进算法,进行代码编写,选取两个不同的环境验证该算法的优化效果。最后对如何在ROS下面创建环境地图的工作流程进行了详细介绍。(三)提出了一种融合语音交互和自然语言处理的导航方式,在获取用户的语音导航需求后,通过语音识别技术转化为文本信息,接着通过自然语言处理将标注目的地点的环境地图反馈给用户,最后进入导航模式。将用户引导到目的地后,通过语音合成技术给予用户反馈信息。最终完成了基于语音交互的智能导航系统的设计与实现。(四)提出了一种基于突变点检测的充电桩对准算法,可以仅靠现有的激光雷达传感器实现较高精度的充电桩对准。同时设计了一套较高误差容忍度的充电头和充电座,充分提高机器人自动充电的精准对接的成功率。最后完成了自动充电系统的设计与实现。(五)最后,在已有的硬件平台上搭建和整合导航系统软件模块,针对完整的机器人导航系统做了一系列测试实验用于验证各个软件模块的合理性和有效性。

论文目录

基于激光雷达的室内服务机器人导航系统的设计与实现
摘要
abstract

第一章绪论

1.1研究背景
1.2室内服务机器人研究概况
1.3机器人导航技术的研究概况
1.4课题研究意义
1.5论文主要研究内容与结构安排
1.5.1论文研究内容及创新点
1.5.2论文结构安排

第二章移动机器人导航系统总体设计

2.1移动机器人导航系统总体架构
2.2移动机器人硬件系统结构
2.3移动机器人导航系统业务流程
2.4系统通信模块
2.5移动机器人导航系统的软硬件开发环境
2.6本章小结

第三章移动机器人定位与建图

3.1SLAM简介
3.1.1SLAM系统结构
3.1.2SLAM的概率模型
3.2激光雷达模型
3.2.1激光雷达概述
3.2.2激光雷达的原理及坐标转化
3.3基于Rao-Blackwellized的FastSLAM算法
3.3.1传统的RBPF-SLAM算法
3.3.2改进重采样策略的RBPF-SLAM
3.3.3传统RBPF-SLAM和改进的RBPF-SLAM实验对比
3.4环境地图创建系统结构
3.4.1消息传递机制
3.4.2Gmapping建图
3.5本章小结

第四章基于语音交互的移动机器人智能导航系统

4.1语音交互导航系统关键技术
4.1.1自然语言处理
4.1.2基于ROS的移动机器人导航技术
4.2语音交互导航系统总体设计
4.2.1在线问答系统
4.2.2基于ROS的导航系统
4.3本章小结

第五章基于突变点检测的自动充电系统

5.1自动充电关键技术
5.2基于突变点检测的充电桩识别算法
5.3自动充电系统整体设计
5.3.1电量检测和反馈
5.3.2自动充电远程导航
5.3.3充电桩识别和对接
5.4本章小结

第六章移动机器人导航系统实验与测试

6.1机器人环境地图创建实验与测试
6.2机器人语音交互导航实验与测试
6.3机器人自动充电技术实验与测试
6.4本章小结

第七章全文总结与展望

7.1全文工作总结
7.2后期工作展望
致谢
参考文献

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