多移動(dòng)機(jī)器人協(xié)同定位技術(shù)研究

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1、分類號(hào)：密級(jí)：UDC：編號(hào)：工學(xué)博士學(xué)位論文多移動(dòng)機(jī)器人協(xié)同定位技術(shù)研究博士研究生：孫騫指導(dǎo)教師：于飛教授學(xué)科、專業(yè)：精密儀器及機(jī)械哈爾濱工程大學(xué)2016年3月萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)分類號(hào)：密級(jí)：UDC：編號(hào)：工學(xué)博士學(xué)位論文多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同定位技術(shù)研究博士研究生：孫騫指導(dǎo)教師：于飛教授學(xué)位級(jí)別：工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè)：精密儀器及機(jī)械所在單位：自動(dòng)化學(xué)院論文提交日期：2016年1月論文答辯日期：2016年3月學(xué)位授予單位：哈爾濱工程大學(xué)萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)ClassifiedIndex：U.D.C：ADissertationfor

2、theDegreeofD.EngReaserchonCooperativeLocalizationofMultipleMobileRobotSystemCandidate：QianSunSupervisor：Prof.FeiYuAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialty：PrecisionInstrumentandMechanologyDateofSubmission：January,2016DateofOralExamination：March,2016U

3、niversity：HarbinEngineeringUniversity萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本論文的所有工作，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，由作者本人獨(dú)立完成的。有關(guān)觀點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)的引用已在文中指出，并與參考文獻(xiàn)相對(duì)應(yīng)。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者（簽字）：日期：年月日哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文授權(quán)使用聲明本人完全了解學(xué)校保護(hù)

4、知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有關(guān)規(guī)定，即研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于哈爾濱工程大學(xué)。哈爾濱工程大學(xué)有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件。本人允許哈爾濱工程大學(xué)將論文的部分或全部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文，可以公布論文的全部內(nèi)容。同時(shí)本人保證畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫的論文一律注明作者第一署名單位為哈爾濱工程大學(xué)。涉密學(xué)位論文待解密后適用本聲明。本論文（□在授予學(xué)位后即可□在授予學(xué)位12個(gè)月后□解密后）由哈爾濱工程大學(xué)送交有關(guān)部門進(jìn)行保存、匯編等。作者（簽

5、字）：導(dǎo)師（簽字）：日期：年月日年月日萬方數(shù)據(jù)多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同定位技術(shù)研究摘要多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)具備單獨(dú)個(gè)體移動(dòng)機(jī)器人無法比擬的優(yōu)勢與潛能：首先，多個(gè)移動(dòng)機(jī)器人通過構(gòu)成系統(tǒng)，并通過系統(tǒng)內(nèi)部的相互協(xié)作，完成單獨(dú)個(gè)體移動(dòng)機(jī)器人無法完成的任務(wù)；其次，系統(tǒng)在作業(yè)過程中的工作效率也將大幅度提高；當(dāng)部分移動(dòng)機(jī)器人發(fā)生故障時(shí)，多機(jī)器人系統(tǒng)中的其他移動(dòng)機(jī)器人仍可繼續(xù)完成預(yù)定的任務(wù)。正因?yàn)榇嬖谥T多優(yōu)勢，對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行研究是機(jī)器人學(xué)中一個(gè)重要發(fā)展方向。本文圍繞著如何提高多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)同定位精度進(jìn)行了深入的研究。主要研究內(nèi)容有：機(jī)

6、器人定位技術(shù)的本質(zhì)是信息融合問題，而系統(tǒng)完全可觀測是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息融合的前提，因此本文首先對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行可觀測性分析。本文提出了一種基于相對(duì)位置量測圖的多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)可觀測性分析方法。這種可觀測性分析方法將圖論的相關(guān)性質(zhì)和基于李導(dǎo)數(shù)的非線性系統(tǒng)可觀測性方法相結(jié)合，得到任意多移動(dòng)機(jī)器人與任意路標(biāo)點(diǎn)的環(huán)境下多移動(dòng)機(jī)器人完全可觀測的條件。量測信息的準(zhǔn)確獲取是實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)航定位的關(guān)鍵技術(shù)，而對(duì)于多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)而言，其常用的傳感器為視覺傳感器（如單目、雙目攝像頭），那么如何精確地從視覺圖像中提取觀測信息（相對(duì)角度或相對(duì)距離

7、信息）是實(shí)現(xiàn)多移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航定位的關(guān)鍵，因此本文對(duì)量測信息的提取進(jìn)行深入研究。為了提高多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)量測信息的精度，本文分別對(duì)圖像分割算法和邊緣檢測算法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種改進(jìn)的多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)量測信息提取算法，并利用實(shí)際圖像對(duì)該算法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)算法是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合的有效手段，因此本文結(jié)合多移動(dòng)機(jī)器人的特點(diǎn)，對(duì)狀態(tài)估計(jì)算法進(jìn)行探討。針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人的量測噪聲模型不確定的特點(diǎn)，提出了一種基于信度函數(shù)的粒子濾波算法，并利用多倫多大學(xué)宇航研究中心（UniversityofTorontoInstitutef

8、orAerospaceStudies,UTIAS）的多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)算法進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明利用該濾波算法，可以大幅降低系統(tǒng)的整體定位誤差，從而有效地提高多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的導(dǎo)航與定位精度。為了進(jìn)一步提高多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的定位精度，在本文的最后對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡與系統(tǒng)定位精度之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。