反应式导航在地下自主行驶铲运机中的应用

基于"沿墙壁"的反应式导航技术,设计了铲运机自主导航算法。通过对铰接转向角和油门的控制,使铲运机车体与墙壁保持一定的安全距离和安全角度自主行驶。根据条形码技术设计了一种可识别的编码信标,该信标可以有不同的编码组合,利用激光雷达的扫描和这种编码信标可以实现对若干关键位置(例如起点、采掘点、倾倒点等)的判定,为导航决策系统提供精确的位置信息以做出行为决策。"沿墙壁"的反应式导航技术结合"信标识别"的关键位置判定技术,实现了地下铲运机的自主导航行驶。

基于LSPI和滚动窗口的移动机器人反应式导航方法

结合最小二乘策略迭代(Least-squares policy iteration,LSPI)的算法特性和基于滚动窗口的实时重规划,提出一种新的基于LSPI和滚动窗口的反应式导航学习控制方法。仿真和实验结果表明:该方法对移动机器人在未知环境中的运动控制有效,并且对未知环境具有自适应性。

基于NMPC的地下无人铲运机反应式导航系统

针对地下无人铲运机反应式导航存在的转向与回正滞后、对宽度变化的弯道适应性较差等问题,提出了基于非线性模型预测控制(NMPC)的反应式导航系统,其中设计了基于NMPC算法的反应式导航运动控制器,并针对NMPC控制器所需要的局部参考路径,提出了一种分段式局部路径决策策略与之相匹配。NMPC控制器的设计包括采用欧拉法推导地下铰接式铲运机的非线性预测模型,然后设立基于铲运机约束条件的优化目标函数进行最优控制序列求解。分段式局部路径决策策略则是将地下巷道拟合分为多种典型作业环境并分别在不同环境下提出相应的决策策略,在铲运机行驶中根据预测时域内的巷道环境信息实时调整局部参考路径,然后将局部参考路径信息提供给NMPC控制器并进行跟踪。通过仿真实验设置不同仿真环境对本文提出的反应式导航系统进行验证并与基于线性时变模型预测控制(LTV-MPC)的反应式导航系统进行对比,仿真效果表明,本文提出的地下无人铲运机反应式导航系统能够在较窄的巷道内实现自主导航,并且能够适应宽度变化的巷道,在多种仿真巷道环境中铲运机与巷道壁的距离最小值为0.73 m,且航向误差能够在5 s内由0.89 rad收敛至稳定状态,稳态误差趋向于0.001 rad,铰接角输出较为平顺,提高了地下巷道弯道处参考路径的安全通过性和铲运机对宽度变化的巷道的适应性。

一种基于人机交互的移动机器人反应式导航方法

针对未知环境中移动机器人的自主导航问题,提出了一种基于人机交互的反应式导航方法。在采用模糊逻辑实现机器人基本智能行为的基础上,利用基于优先级和有限状态机的混合行为协调方法建立"环境刺激-反应"机制,提高机器人的局部自主能力。提出将"人刺激-反应"机制引入机器人系统,提高机器人系统对环境的理解与决策能力。在不同环境模型中利用提出的方法对移向指定目标的机器人自主导航进行了仿真,仿真结果验证了该方法的有效性。

基于Motor Schema的移动机器人反应式导航

针对移动机器人的导航问题,采用基于Motor Schema的结构,设计了三种基本行为:趋向目标 行为,避障行为和随机扰动行为．通过调整机器人几种行为的控制参数,实现了不同条件下的机器人 安全导航．仿真实验结果验证了所提方法的可行性与有效性．

双臂搬运机器人反应式导航控制系统设计

为增强双臂搬运机器人在作业任务过程中的行进避障能力,使其运动行为得到连续有效控制,设计双臂搬运机器人的反应式导航控制系统;根据单片机与电机电路的连接形式,选择合适的ARM微处理器元件与PIC单片机结构,再联合HN-9移动平台、智能导航平台、ROS操作平台,完善反应式导航子模块的运行能力,实现控制系统的硬件单元设计;求取绝对位姿向量、相对位姿向量的计算结果,以此作为自变量系数,确定速度雅可比指标,并推断得出动力学递推表达式,完成对双臂搬运机器人的协调控制,联合相关硬件应用结构,实现双臂搬运机器人反应式导航控制系统的设计;对比实验结果:反应式导航控制系统可使机器人准确躲避行进障碍物,导航线路与期望路线吻合程度较高,且躲避过程中机器人完成作业任务的能力不会受到影响,符合连续有效控制机器人搬运行为的实际应用需求。

室内移动机器人的三层规划导航策略

针对室内移动机器人导航问题,提出一种包括全局规划层、局部路径优化层、反应式导航控制层的导航策略。根据已知环境建立全局拓扑地图,为机器人提供全局导航信息;根据机器人当前位置,从全局地图中提取信息生成采用有向线段描述的局部地图,在机器人运行过程中,不断利用传感器信息更新局部地图,并根据图中有向线段之间的拓扑关系获得机器人的局部路径点,机器人采用传感器信息、地图信息、历史轨迹信息的反应式导航方法趋向局部路径点。仿真试验表明,导航策略可以产生优良的运行轨迹,并确保机器人在复杂环境中安全运行。

基于RANSAC的地下矿山巷道边线检测算法

巷道边线是井下铲运机反应式导航系统中重要的感知信息。为了准确可靠地在井下环境中感知巷道边线,提出一种基于二维激光扫描信息和随机抽样一致性(RANSAC)的巷道边线检测算法。首先计算每个激光点的曲率,根据曲率阈值将激光点云划分为多个区域;然后基于RANSAC从每个区域提取直线,并根据铲运机航向角及巷道的设计标准进行筛选;最后合并筛选后的激光点云数据,使用RANSAC算法生成最终的巷道边线。基于地下矿山6种典型的巷道场景对算法效果进行验证,结果显示提取的巷道边线可靠度均达到96%以上,且算法具有很高的实时性和稳健性。