水面機(jī)器人(Autonomous Surface Vessels,ASVs)又稱無人水面艇(Unmanned Surface Vessels,USVs),是國(guó)內(nèi)外軍用和民用無人技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)之一。相對(duì)于軍事領(lǐng)域,水面機(jī)器人在民用領(lǐng)域的發(fā)展相對(duì)滯后,因此得到研究者的廣泛關(guān)注。和軍用領(lǐng)域的水面機(jī)器人不同的是,民用領(lǐng)域的要求更具有針對(duì)性,比如城內(nèi)湖泊的智能安防、水面搜救、水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)、水面垃圾清理等等。對(duì)于如此需求,設(shè)計(jì)一款能夠自主完成任務(wù)的水面機(jī)器人顯得尤為重要。本文在實(shí)驗(yàn)室老師機(jī)械結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上,主要完成水面機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)、基于激光雷達(dá)的水面障礙物檢測(cè)算法設(shè)計(jì)和基于改進(jìn)Q-Learning算法的路徑規(guī)劃算法設(shè)計(jì)。在控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)方面,考慮到水面航行特殊的安全性要求,系統(tǒng)控制采用雙線路冗余備份,極大提高了水面機(jī)器人控制的可靠性。相對(duì)于海洋環(huán)境,民用領(lǐng)域的內(nèi)陸湖泊河道環(huán)境更加復(fù)雜,干擾目標(biāo)更多,水面機(jī)器人的自主巡航難度更大,從而對(duì)水面環(huán)境目標(biāo)的智能感知和識(shí)別提出了新的挑戰(zhàn)。目前,國(guó)內(nèi)外水面環(huán)境目標(biāo)的感知和識(shí)別主要采用毫米波雷達(dá)技術(shù),存在抗干擾能力差、分辨率低的問題,激光雷達(dá)具...

【文章頁(yè)數(shù)】：82 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 水面機(jī)器人研究現(xiàn)狀
        1.2.2 障礙檢測(cè)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 避障算法研究現(xiàn)狀
    1.3 激光雷達(dá)的應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢(shì)
    1.4 論文研究?jī)?nèi)容
    1.5 論文結(jié)構(gòu)
第2章 水面機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)
    2.1 控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)總體架構(gòu)
    2.2 上位機(jī)架構(gòu)
    2.3 下位機(jī)架構(gòu)
        2.3.1 下位機(jī)主控板
        2.3.2 下位機(jī)操作系統(tǒng)
        2.3.3 下位機(jī)傳感器設(shè)備
        2.3.4 下位機(jī)通信
    2.4 水面機(jī)器人控制系統(tǒng)通信
    2.5 本章小結(jié)
第3章 水面機(jī)器人障礙檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    3.1 激光成像雷達(dá)簡(jiǎn)述
        3.1.1 數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)
        3.1.2 激光雷達(dá)點(diǎn)云呈現(xiàn)
    3.2 RSView激光雷達(dá)數(shù)據(jù)可視化
    3.3 障礙環(huán)境濾波分析
    3.4 障礙物聚類
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于改進(jìn)Q-Learning算法水面機(jī)器人動(dòng)態(tài)環(huán)境路徑規(guī)劃及避障策略分析設(shè)計(jì)
    4.1 理論基礎(chǔ)
    4.2 環(huán)境模型的建立
    4.3 獎(jiǎng)懲函數(shù)的設(shè)計(jì)
    4.4 動(dòng)作的設(shè)計(jì)
    4.5 Q值表的設(shè)計(jì)
    4.6 搜索策略設(shè)計(jì)
    4.7 本章小結(jié)
第5章 仿真及實(shí)際避障實(shí)驗(yàn)
    5.1 仿真實(shí)驗(yàn)
        5.1.1 靜態(tài)環(huán)境路徑規(guī)劃
        5.1.2 不確定環(huán)境路徑規(guī)劃
        5.1.3 動(dòng)態(tài)環(huán)境路徑規(guī)劃
    5.2 實(shí)際水面測(cè)試
        5.2.1 水庫(kù)測(cè)試
        5.2.2 蘇州河測(cè)試
    5.3 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
附錄A GPS解析代碼
附錄B 電子羅盤解析代碼
附錄C 濾波主體代碼
附錄D 聚類主體代碼
附錄E 避障主體代碼
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果



本文編號(hào)：3867203