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基于UWB和AHMRRT的具有认知能力的机器人定位与路径规划研究

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基于UWB和AHMRRT的具有认知能力的机器人定位与路径规划研究

作者：刘少达北京工业大学

学位级别：硕士

近些年来,随着人工智能技术的快速发展以及整个社会对于服务机器人使用需求的日益增加,对于室内服务机器人的自主导航功能提出了新的要求,其中定位与路径规划是室内服务机器人导航研究的难点。本文旨在研究可在室内环境中稳定运行的服... 详细信息

近些年来,随着人工智能技术的快速发展以及整个社会对于服务机器人使用需求的日益增加,对于室内服务机器人的自主导航功能提出了新的要求,其中定位与路径规划是室内服务机器人导航研究的难点。本文旨在研究可在室内环境中稳定运行的服务机器人定位和路径规划算法。本文首先提出一种基于超宽带（Ultra Wide Band,UWB）的多传感器信息融合移动机器人定位算法,为后续的环境认知和路径规划任务提供准确的位姿估计;然后针对传统单向快速搜索随机树（Rapidly Exploring Random Tree,RRT）路径规划算法规划效率低,易陷入局部极小点的问题,提出基于AHMRRT（Adaptive Heuristic Multiple Rapidly Exploring Random Tree）自适应启发式多快速搜索随机树算法;最后针对AHMRRT传统路径规划算法对环境不具有认知能力且规划出的路径一般不是最优且不具备渐进寻优能力的问题,提出具有渐进认知机制的迭代路径规划算法,提高了服务机器人在导航过程中的智能性。论文取得的主要研究成果如下:1:基于UWB的多传感器信息融合定位算法针对基于单一UWB的定位算法定位精度低、数据离散性大且无法为机器人提供可靠的偏航角信息的问题,本文提出基于扩展卡尔曼滤波的超宽带、编码器、陀螺仪多传感器信息融合定位算法。首先基于UWB模块搭建室内定位系统,对UWB模块进行离线线性拟合以消除系统误差提高测距精度;其次基于双向飞行时间算法和三边定位算法解算机器人观测位置,基于编码器和陀螺仪信息获得机器人积分预测位置;然后基于扩展卡尔曼滤波算法融合超宽带,编码器,陀螺仪传感器数据估计机器人位姿;最后设计物理实验对算法进行验证,实验结果证明本文提出算法有效提高了单一UWB传感器的定位精度并且可为机器人提供长期可靠的偏航角信息。2:基于AHMRRT的移动机器人路径规划算法针对传统单向RRT算法规划效率低且易陷入局部极小点的问题,本文提出了基于RRT的改进算法AHMRRT路径规划算法。通过引入自适应启发式目标偏置因子,AHMRRT算法可以根据环境中障碍物情况自适应改变新节点的生成策略;同时在BRRT（Bidirectional Rapidly Exploring Random Tree）的基础上提出了多随机树构建策略使AHMRRT算法可以同时生成四棵随机树进行快速搜索。算法设计的目的是减小冗余搜索,提高路径规划效率,并可有效逃离局部极小点。最后,设计了传统单向RRT,BRRT与改进算法AHMRRT在不同环境下的对比实验,仿真实验结果证明改进算法有效提高了搜索效率,更易克服路径规划过程中易出现的局部极小点问题。3:具有渐进认知机制的迭代路径规划算法AHMRRT路径规划算法虽然可以快速完成路径规划任务,但是该算法是基于随机采样对路径进行盲目搜索,对环境不具有认知能力且规划出的路径不具备渐进寻优能力。因此本章提出了具有渐进认知机制的迭代路径规划算法SOM＿IA*（Self-Organizing Map＿Iterative A*）。我们算法的创新方面是使用自组织特征映射图（Self-Organizing Map,SOM）有效构建和更新环境地图以赋予机器人基本的环境认知能力以及迭代A*算法地使用（这是一个充分利用本地信息的完整路径规划算法）。在实验环节设置了四组定点导航实验,仿真实验结果证明了SOM＿IA*算法可使机器人在导航任务执行过程中渐进地学习环境信息,随着导航次数的增加,规划路径将逐渐趋于最优。

关键词：室内服务机器人信息融合快速搜索随机树渐进认知迭代规划

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基于AHMRRT的移动机器人路径规划算法

北京工业大学学报 2022年第2期48卷 121-128页

作者：阮晓钢刘少达朱晓庆北京工业大学信息学部北京100124 计算智能与智能系统北京市重点实验室北京100124

为解决单向快速探索随机树(rapid exploring random tree,RRT)算法路径规划效率低且易陷入局部极小点的问题,提出了一种自适应启发式多快速探索随机树(adaptive heuristic multiple rapid exploring random tree,AHMRRT)路径规划算法.... 详细信息

为解决单向快速探索随机树(rapid exploring random tree,RRT)算法路径规划效率低且易陷入局部极小点的问题,提出了一种自适应启发式多快速探索随机树(adaptive heuristic multiple rapid exploring random tree,AHMRRT)路径规划算法.一方面,基于多随机树构建策略的AHMRRT算法可以在起始点、目标点、子目标点生成4棵随机树,同时进行扩展搜索,从而提高路径规划效率;另一方面,通过在单棵随机树生长过程中添加自适应启发式偏置因子,AHMRRT算法可以根据环境中障碍物的情况自适应地改变新节点的生成策略.探索自由空间时,该算法可以在偏置因子的作用下迅速向目标点扩展以提高搜索效率;探索多障碍物空间时,该算法将调用随机采样函数以防止落入局部最优.在仿真实验中,设计了4种环境下AHMRRT算法与随机概率目标快速探索随机树(probability goal RRT,PGRRT)、双向快速探索随机树(bidirectional RRT,BRRT)算法的对比实验,仿真实验结果证明了该算法的可行性和高效性.

关键词：移动机器人快速探索随机树路径规划多随机树构建策略自适应启发式偏置因子局部最优

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我国塑料模具工业的现状及发展趋势

仲恺农业技术学院学报 2004年第3期17卷 66-71页

作者：刘少达仲恺农业技术学院机电工程系广东广州510225

对国内塑料模具工业的发展现状进行了综述,介绍了模具设计与制造方面的新技术、新工艺,并就今后模具工业和技术的主要发展方向进行了展望.

关键词：塑料模具设计制造

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银杏(白果)脱壳机工作部件重要参数的分析

农机化研究 2005年第2期27卷 87-89页

作者：刘少达朱立学刘清生仲恺农业技术学院机电工程系广东广州510225

研制银杏脱壳设备,首先要解决脱壳机重要部件的结构参数,轧辊—直板机构是银杏脱壳的重要部件之一,它的结构参数是否合理对该机性能有着直接的影响。为此,对银杏(Ginkgo,***　L)脱壳机的脱壳原理进行分析,对脱壳机的直板机构的重要参数... 详细信息

研制银杏脱壳设备,首先要解决脱壳机重要部件的结构参数,轧辊—直板机构是银杏脱壳的重要部件之一,它的结构参数是否合理对该机性能有着直接的影响。为此,对银杏(Ginkgo,***　L)脱壳机的脱壳原理进行分析,对脱壳机的直板机构的重要参数进行探讨,为脱壳装置的改进设计与使用提供了理论依据。

关键词：脱壳机银杏工作部件白果机重结构参数使用板机脱壳设备改进设计

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工程力学教学实验改革实践与探讨

大众科技 2005年第6期7卷 99-100页

作者：刘少达仲恺农业技术学院广东广州510225

文章分析了工程力学教学实验中存在的问题及原因,并结合教学实际,进行了一系列的改革探索。

关键词：材料力学实验教学创新能力动手能力工程力学教学实验改革

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轴承套圈退磁清洗机的设计

机床与液压 2005年第7期33卷 76-77,14页

作者：刘少达陈德正仲恺农业技术学院机电工程系广州510225 东莞轴承厂东莞511700

为了适应轴承加工技术对后处理工艺的要求,设计一套轴承退磁清洗装置,该设计摒弃了传统的退磁方法,它利用R-L-C放电回路所形成的高能量交流脉冲,在磁感应线圈中形成极强的磁场来达到退磁的目的,并介绍了该装置的组成和结构特点。实践证... 详细信息

为了适应轴承加工技术对后处理工艺的要求,设计一套轴承退磁清洗装置,该设计摒弃了传统的退磁方法,它利用R-L-C放电回路所形成的高能量交流脉冲,在磁感应线圈中形成极强的磁场来达到退磁的目的,并介绍了该装置的组成和结构特点。实践证明,该设备具有退磁清洗效果好,生产环节少,生产成本低等优点。

关键词：轴承套圈退磁清洗机放电回路设计

误差统计分析法在分析判定精镗误差来源中的应用

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仲恺农业技术学院学报 1999年第1期12卷 16-20页

作者：刘少达仲恺农业技术学院食品系

以一批半精镗工件的实测结果为依据，运用数理统计法进行数据处理，分析判定出精镗误差的来源。

关键词：精镗误差统计分析法

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三峡库区农林土壤重金属形态分布与污染评价

江苏农业科学 2013年第9期41卷 314-317页

作者：牟新利郭佳刘少达刘瑞民祁俊生重庆三峡学院化学与环境工程学院重庆404100 北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室北京100875 新加坡国立大学地理系新加坡117570

为了探讨三峡库区农林土壤的污染状况以及不同采样点、金属种类、化学形态等3个维度之间的相关性,在重庆万州采集了6种不同类型的土壤样品,用Tessier法提取Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合... 详细信息

为了探讨三峡库区农林土壤的污染状况以及不同采样点、金属种类、化学形态等3个维度之间的相关性,在重庆万州采集了6种不同类型的土壤样品,用Tessier法提取Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态、残渣态,并采用RSP法和Tucker3模型进行环境风险评价。结果表明:三峡库区农林土壤重金属污染的空间变异性较强,处于消落带的土壤污染较严重,并且Zn、Pb、Cu以残渣态和铁锰氧化物结合态为主;Cd普遍超标,形态上以铁锰氧化物结合态最高,并且还有30%的有机物结合态和可交换态,潜在生态风险最大;Cr总量不超标,且主要以残渣态为主,潜在生态风险最小;Tucker3模型能用于三峡库区农林土壤开展有关重金属化学形态的环境风险评价研究。

关键词：三峡库区农林土壤重金属形态 Tucker3模型

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银杏脱壳技术的试验研究

农机化研究 2006年第9期28卷 135-137页

作者：刘少达朱立学刘清生仲恺农业技术学院机电工程系广州510225

银杏是广东南雄的著名特产,有很高的医用和食用价值,为了开发出各种银杏深加工产品,首先必须解决脱壳的问题。为此,研究分析了国内外各种银杏脱壳设备,并在此基础上,提出了轧辊—直板机构的脱壳技术。银杏经干燥后分类,按大小不同进入... 详细信息

银杏是广东南雄的著名特产,有很高的医用和食用价值,为了开发出各种银杏深加工产品,首先必须解决脱壳的问题。为此,研究分析了国内外各种银杏脱壳设备,并在此基础上,提出了轧辊—直板机构的脱壳技术。银杏经干燥后分类,按大小不同进入银杏脱壳机,通过轧辊—直板的挤压破碎,达到脱壳的目的。经过大量的试验及测定,证明该技术脱壳率高、破碎率低,能适用于实际的生产。

关键词：农业工程脱壳机试验银杏技术