Введение
Глава 1. Методы и алгоритмы навигации сервисных мобильных роботов 10
1.1. Обзор существующих решений 10
1.2. Структура навигационной системы 14
1.3. Методы локализации мобильного робота в пространстве
1.3.1. Последовательная локализация робота на плоскости 17
1.3.2. Глобальная локализация робота на плоскости 25
1.3.3. Локализация робота в трехмерном пространстве 26
1.4. Методы управления движением мобильного робота 29
1.4.1. Общие принципы управления на траекторном уровне 31
1.4.2. Методы управления в динамической среде
1.5. Постановка задачи диссертации 36
1.6. Выводы по первой главе 36
Глава 2. Локализация мобильного робота 38
2.1. Фильтрация скана 39
2.2. Метод преобразования нормальных распределений
2.2.1. Представление пространства в виде карты нормальных распределений 43
2.2.2. Поиск соответствия скана и карты нормальных распределений 47
2.2.3. Минимизация кросс-корреляционной функции 50
2.2.4. Способ обновления карты нормальных распределений 53
2.3. Анализ точности и сходимости решения задачи локализации методом NDT 55
2.3.1. Анализ алгоритма NDT с минимизацией методом Ньютона 57
2.3.2. Анализ алгоритма NDT с минимизацией методом интегрирования 59
2.4. Метод сеточных функций 62
2.4.1. Представление окружающего пространства мобильного робота 63
2.4.2. Использование карты-сетки в задаче локализации 64
2.4.3. Решение задачи SLAM с использованием кросс-корреляционных функций 66
2.4.4. Поиск соответствия скана и карты сеточных функций 68
2.4.5. Обновление карты помещения 2.5. Анализ точности и сходимости решения задачи локализации методом сеточных функций 76
2.6. Определение положения мобильного робота на карте 81 Стр.
2.7. Сравнение методов решения задачи SLAM 83
2.8. Выводы по второй главе 84
Глава 3. Управление мобильным роботом в динамической среде 86
3.1. Планирование траектории на карте сеточных функций 88
3.2. Трассировка подвижных препятствий
3.2.1. Построение списка препятствий 98
3.2.2. Определение габаритной окружности препятствия 100
3.2.3. Оценка вектора состояния препятствия 103
3.2.4. Анализ результатов трассировки подвижных препятствий 105
3.3. Управление мобильным роботом для движения вдоль заданной траектории 107
3.3.1. Метод эффективного пути 108
3.3.2. Система управления движением мобильного робота к опорной точке 113
3.3.3. Анализ эффективности системы управления мобильным роботом 116
3.4. Обход подвижных препятствий 120
3.4.1. Прогнозирование столкновений 121
3.4.2. Метод динамического окна
3.5. Сравнительный анализ методов управления мобильным роботом в динамической среде 131
3.6. Выводы по третьей главе 134
Глава 4. Разработка программного обеспечения, моделирование и экспериментальные исследования 136
4.1. Разработка ПО навигационной системы 136
4.1.1. Алгоритм планирования траектории А 137
4.1.2. Алгоритмы трассировки и обхода подвижных препятствий 138
4.1.3. Пакет программ навигационной системы 139
4.2. Моделирование навигационной системы сервисного робота 144
4.2.1. Динамическая модель трехколесного мобильного робота 145
4.2.2. Оценка качества построения карты помещения 155
4.2.3. Среда моделирования 156
4.2.4. Проверка работоспособности навигационной системы 157
4.2.5. Определение точности локализации мобильного робота 159
4.2.6. Оценка качества управления движением мобильного робота 163
4.2.7. Результаты моделирования 165
4.3. Экспериментальные исследования 166 Стр.
4.3.1. Исследование навигационной системы 168
4.3.2. Определение точности локализации мобильного робота 170
4.3.3. Оценка качества движения по траектории 175
4.3.4. Результаты экспериментальных исследований
4.4. Внедрение навигационной системы 178
4.5. Выводы по четвертой главе 180
Основные результаты диссертации 181
