煤矿蛇形搜寻机器人路径规划策略研究

摘要
ABSTRACT
符号说明
1 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.1.1 选题背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外的蛇形机器人研究现状
1.2.2 国内的蛇形机器人研究现状
1.2.3 救援机器人的智能控制及路径规划研究进展
1.2.4 救援机器人研究现状分析
1.3 研究内容
1.4 研究方法和技术路线
1.4.1 研究方法
1.4.2 技术路线
2 煤矿蛇形搜寻机器人控制系统研究
2.1 煤矿蛇形搜寻机器人系统需求分析
2.1.1 煤矿蛇形搜寻机器人工作环境
2.1.2 煤矿蛇形搜寻机器人系统的功能分析
2.1.3 系统的功能指标
2.2 煤矿蛇形搜寻机器人本体设计
2.2.1 蛇形搜寻机器人机械结构设计
2.2.2 蛇形搜寻机器人关节结构设计
2.2.3 蛇形搜寻机器人全向轮子支架设计
2.3 煤矿蛇形搜寻机器人嵌入式控制系统设计
2.3.1 蛇形搜寻机器人环境探测功能设计
2.3.2 蛇形搜寻机器人硬件系统设计
2.3.3 蛇形搜寻机器人软件系统设计
2.3.4 蛇形搜寻机器人上位机界面设计
2.4 小结
3 煤矿蛇形搜寻机器人运动学分析及姿态控制研究
3.1 蛇形搜寻机器人仿生学分析
3.2 蛇形搜寻机器人的运动学分析
3.2.1 刚体的运动学基础
3.2.2 蛇形搜寻机器人D-H参数法建模
3.3 D-H坐标下蛇形机器人的运动姿态控制研究
3.3.1 运动控制函数分析
3.3.2 运动控制函数的改进
3.3.3 基于Matlab的改进Serpenoid控制函数仿真分析
3.4 小结
4 井下环境中障碍物的建模与地图构建
4.1 基于激光雷达的环境检测
4.2 障碍物地图建模
4.2.1 环境地图的表示
4.2.2 环境信息的提取和处理
4.2.3 实验验证
4.3 小结
5 煤矿蛇形搜寻机器人全局路径规划策略研究
5.1 全局路径规划环境分析与描述
5.2 传统蚁群算法分析
5.2.1 传统蚁群算法的利弊
5.2.2 传统蚁群算法路径规划
5.3 优化蚁群算法的全局路径规划策略
5.3.1 初始信息素分布
5.3.2 算法模型的改进
5.3.3 避免陷入局部最优
5.3.4 路径的再优化
5.3.5 优化算法总结
5.4 优化蚁群算法的仿真实验与分析
5.5 小结
6 煤矿蛇形搜寻机器人局部未知环境路径规划策略研究
6.1 人工势场法分析
6.1.1 基本人工势场法的利弊
6.1.2 改进人工势场法分析
6.2 优化人工势场法局部未知环境路径规划策略
6.2.1 局部目标点的设定方法
6.2.2 引力势函数的改进
6.2.3 局部目标点跟随全局路径仿真实验与分析
6.3 动态障碍物下路径规划策略
6.3.1 确定动态斥力势函数
6.3.2 解决局部极小值问题
6.4 优化人工势场法在局部路径规划中的实现
6.4.1 优化人工势场算法流程
6.4.2 优化人工势场算法的仿真实现
6.5 小结
7 实验与分析
7.1 煤矿蛇形搜寻机器人研究平台简介
7.2 煤矿蛇形搜寻机器人姿态控制实验
7.2.1 蛇形搜寻机器人运动步态实验
7.2.2 蛇形搜寻机器人翻越障碍实验
7.3 煤矿蛇形搜寻机器人路径规划实验
7.4 小结
8 结论与展望
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
致谢
参考文献
附录
作者在攻读博士学位期间取得的成果
作者在攻读博士学位期间参与的科研项目