自主移动机器人能源问题研究

具有自主能力是移动机器人科学技术的发展趋势，能量自主获取和管理问题无疑是自主移动机器人发展的重要技术环节。本论文以移动机器人能量自主获取和管理科学问题为研究背景，重点开展了面向海洋的自主载体能量自补给理论方法研究和面向陆地的自主移动机器人能量管理方法研究。 自主移动机器人能源问题目前尚处于研究阶段。本论文开展的面向海洋的自主载体能量自补给理论方法研究能源问题研究，突破了海洋波浪能沿袭的使用方式和获取方式，创造性地提出将海洋波浪能通过惯性摆结构实现机械能转换，为水中自主移动机器人的能量补给提供了新的技术方法。这对于水中自主移动机器人获得新型、高效和长久能源形式，突破当前制约水中自主移动机器人的条件，进行长时间大航程的作业，更有效地从事海洋开发和军事目的具有非常深远的意义。 本论文开展的针对陆地自主移动机器人的自主能量管理研究，以车载电池能源为研究对象，依据能耗理论，进行了电池剩余能量估计和能量最优调度理论方法和实验研究。这对于自主移动机器人的能量管理，对自主作业机器人的生存和安全、作业能力准确实时的估计和任务规划无疑具有重要意义。 本课题主要研究内容： 首先，本文研究了基于惯性摆获取海洋波浪能机理的可行性。本文对此的研究从理论和实验两个方面进行。 理论分析研究：基于惯性摆的自由激励状态下的能量吸收与转换理论；海洋波浪的动力学分析及水中人工载体受力运动学分析；基于惯性摆结构的海洋波浪能获取可行性和效率仿真和实验研究；影响波浪能大小的，与系统相关的因素；根据装置的设计，给出了系统的物理模型；通过仿真分析了惯性摆的运动状况并且给出了系统的效率计算结果。 实验方面的研究包括实验样机的设计，制作和验证实验。通过对两种设计方案的比较，给出了较优的方案并制作了样机。验证实验是使用模拟波浪力，研究水平和垂荡情况下，惯性摆的运动状况。另外，介绍了电能的后续处理。 其次，本文研究了自主移动机器人的能量管理。这一研究包括三个方面：电池剩余能量的成组估计，机器人能耗估计，机器人能量自主决策。 电池组剩余能量（SOC）估计：通过对原有单体电池模型的分析和实验研究提出了电池成组模型；研究了广义卡尔曼滤波和最小二乘构成序贯模式用于电池组SOC估计；设计实验方案，并通过动态和静态实验验证了电池SOC成组估计方法的准确性；对影响实验的一些因素进行了探讨。 机器人能耗估计：使用机理分析和实验建模两种方法相结合，提出了自主移动机器人基于行为的能耗估计模型；提出了使用小样本估计方法用于自主移动机器人的能耗估计；对于小样本数量的选取，参数辨识方法进行了研究；通过简单路况下的实验对机器人能耗估计思想和方法进行了验证。 机器人能量自主决策：给出了自主移动机器人能量自主决策系统的基本功能——预先规划能量分配，实时监控和最小能耗管理，并较为详细地阐述每个功能的实现机理。 最后，在剩余能量估计，能耗估计，能量自主决策研究基础上，本文提出了自主移动机器人能量管理系统并对其机理进行了阐述。 关键词 自主移动机器人；海洋波浪能；惯性摆；SOC；能耗估计

基于实时障碍物预测的机器人运动规划

本文给出了移动机器人的虚力导航和运动规划系统．这种方法结合最小方差估计算法（ＬＭ ＳＥ）能有效地对机器人进行实时导航和避撞．在预测过程中，根据导航的不同阶段和预测误差的变化情况，采用Ｆｕｚｚｙ 规则动态地调整误差函数中的权重，使预测过程尽可能准确．导航算法的基本思想是首先通过预测算法来获得移动机器人的运动信息，然后虚力系统根据预测信息决定机器人的未来运动，仿真结果表明该方法实时性好，能准确躲避障碍物并且到达目标点

自主移动机器人激光全局定位系统研究

本文介绍了我们研制开发的一种用于自主移动机器人的激光全局定位系统 ,重点描述了该系统的硬件结构和工作原理 ,介绍分析了定位算法 .文章最后介绍了该定位系统在实验室条件下所进行的实验 .实验结果表明 :该系统具有较高的定位精度和抗干扰能力 ,是自主移动机器人理想的定位工具 .

一种基于视觉的移动机器人定位系统

具有自主的全局定位能力是自主式移动机器人传感器系统的一项重要功能 .为了实现这个目的 ,国内外均在不断地研究发展各种定位传感器系统 .这里介绍了一种采用光学原理的全方位位置传感器系统 .该传感器系统由主动式路标、视觉传感器、图象采集与数据处理系统组成 .其视觉传感器和数据处理系统可安装在移动机器人上 ,然后可通过观测路标和视角定位的方法 ,计算出机器人在世界坐标系中的位置和方向 .实验证明 ,该系统可以实现机器人的在线定位 ,其采样速率和精度能够满足实用要求 .

多移动机器人合作系统中的单机控制体系结构研究

随着机器人技术的不断发展，出现了合作多移动机器人系统这一新的研究和应用领域，随之而来的是对机器人控制体系的新的要求．本文分析了合作多移动机器人系统对单机控制体系结构的要求，并以此为背景，在比较两种典型的智能机器人体系结构的基础上，提出一种混合分层的体系结构

像平面与空间平面的变换及其在移动机器人中的应用

说明了像平面与空间平面的变换以及摄像机在固定，旋转和平移时变换矩阵的求解方法．还讨论了该变换在移动机器人定位，障碍物检测，运动参数分析和三维坐标计算上的应用。

“勇士号”遥控移动式作业机器人

介绍了863智能机器人型号之一──以核工业为应用背景的“勇士号”遥控移动式机器人的作业内容及其主要功能指标，分析了该型号的总体设计思想，同时概括总结了其操作性能、移动性能及计算机系统等方面的技术特点。

遥控作业移动机器人环境建模方法研究

本文介绍了用于遥控机器人作业虚拟环境生成的建模方法．重点研究了基于人机交互的双目立体视觉和多视点建模方法，以克服视觉自动建模方法计算复杂、鲁棒性差的缺点．给出了环境建模的实验系统和实验结果。

移动机器人人机互助行走监控方法研究及其实际应用

由于行走监控在移动机器人技术中的独特地位和作用，使得其问题解决路线与最终性能极大地影响着构成系统的实用性及用户接受程度．本文通过剖析行走监控同其他模块的内在联系，深入地讨论了研究此问题的必要性和困难所在．最后，结合一个实际应用系统，给出了行之有效的指导思想、实现策略和关键问题解决途径。

基于修正的最小均方误差分类算法的移动机器人运动规划

研究了不确定性环境下移动机器人躲避运动轨迹未知的移动障碍物的一种新方法．通过实时最小均方误差估计算法预测每个障碍物的位置及运动轨迹，并利用模式识别中最小均方误差分类器的修正模型计算出机器人的局部避障路径，再运用船舶导航中使用的操纵盘技术来确定每个导航周期中移动机器人的速．度仿真结果表明了该方法的可行性

轮式移动机器人轨迹规划起点选择的新方法

本文针对传统轮式滑动导向移动机器人的路径轨迹规划问题，提出了一种更简捷的算法，该算法有利于减少轨迹产生的时间，便于双轮协调控制及精确到位。

一个开放式移动机器人体系结构

本文首先说明了体系结构研究的内容，研究体系结构的意义，以及当前几个典型的体系结构研究范例。然后较详细地介绍了开放式体系结构ＯＳＭＯＲ及其在传感器处理方面的特点，并分别讨论了结构中各模块的功能及实现方法。

履带式移动机器人行动规划技术的研究

本文以８６３－５１２型号项目为背景，从运动特性、运动描述、运动控制以及运动规划等几个方面研究履带式移动机器人的行动规划技术；首先从理论上分析了履带式移动机器人的内在运动传递机理，指出了其区别于轮式移动载体的独特的运动特性，尤其是在其转向特性方面，得出了履带式移动机器人运动角速度几乎不可控原理、原地转弯转不准问题、以及履带式车辆行动规划时所要遵循的规则等重要结论，针对履带式移动机器人的纵向运动控制问题，讨论了其速度控制模型，提出了一种速度测量与控制的简单、准确、可靠的方法。在磺向运动方面，提出了一种基于ＦＭ－ＬＩＫＥ和ＡＭ－ＬＩＫＥ相结合的复合控制技术，解决了难度较大的方向控制问题。最后提供了实验结果，证明了上述方法与结论的正确性。上述方法与结论，作为８６３－５１２某型号任务的一部分，业已通过验收。

越野移动机器人自动驾驶专家系统的研究

本文研究越野移动机器人驾驶专家系统等有关问题．首先介绍了系统的硬件支持环境，然后阐述了自动驾驶专家系统的总体结构，有关知识库的内容以及使用知识的各功能模块的作用与运行机理．该系统已部分得以应用，能够完全代替驾驶员完成各种驾驶操作，并能进行自主导航、运动规划、自动绕障、动态跟踪目标、原路返回以及示教再现等复杂任务。

关于参数规划在自治智能移动式机器人中实际应用的探讨

机器人行走空间的复杂性决定了导航监控系统不仅为机器人提供行走路线,还要依据预先得到的先验数据与知识告诉机器人不同行走段的障碍分布、环境边界走向及约束程度,按照载体的几何形状,运动特性选择合适的速度、加速度,保证在安全的前提下最快完成行走.本文讨论了提取影响机器人当前行走的障碍、环境边界算法和不同行走速度段的划分与关键点抽取方法,讨论了各种速度段的分离、合并、高速行走段的插补和过短行走段的平滑滤除等等.