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1、本科毕业设计（论文）题目：（中文）室内巡视机器人设计和仿真实现（英文）Indoor patrol robot design and simulation 学 院 专 业 班 级 学 号 姓名 指引教师 职称 完毕日期 诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文室内巡视机器人设计和仿真实现均系本人独立完毕，没有抄袭行为，凡波及其她作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承当。 承诺人（签名）： 年 月 日室内巡视机器人设计和仿真实现【摘要】巡视机器人是一种集环境感知、路线规划、动态决策、行为控制等功能集于一体的综合系统，采用巡视机器人进行定点监控巡视或不间断自动巡视将是目前一种可行
2、的解决方案。将机器人用于巡视工作，具有广阔的应用前景。本文以自主移动机器人为平台，重要任务与目的是在Robotic Studio仿真系统中建立差分驱动轮式移动机器人进行巡视仿真环境，通过获取激光数据和摄像头数据来完毕途径规划，避障和实时监控，设计手动控制界面来手动控制机器人进行巡视。【核心词】移动机器人；途径规划；避障；巡视；仿真； 【Abstract】With the constantly expanding the size and number of social and economic development, supermarkets, airports, railway stat
3、ions, exhibition centers and logistics warehouses and other large-scale flow of passengers and places, large and medium-sized cities of high-level, high-end commercial buildings, an increasing number, the automation needs of the increasingly urgent. The patrol robot is a set of environmental percept
4、ion, route planning, dynamic decision-making, behavior control functions into one integrated system, patrol robot sentinel surveillance visits or continuous automatic inspection will be a viable solution. The robot for the inspection work has broad application prospects. In this paper, the autonomou
5、s mobile robot platform, the main task and goal differential drive wheeled mobile robots in the Robotic Studio simulation system to conduct an inspection of the simulation environment, by acquiring laser data and camera data path planning, obstacle avoidance and real-time monitoring design manual co
6、ntrol interface to manually control the robot to conduct an inspection.【Key words】Mobile Robot；Path Planning ；Obstacle Avoidance；Inspections；Simulation；目录1绪论11.1引言11.2移动机器人的研究内容及发展趋势11.2.1移动机器人的国内外研究现状11.2.2移动机器人的发展趋势21.3论文的重要内容22室内巡视机器人设计的总体方案32.1研究任务32.2仿真机器人的构成32.2.1激光传感器32.2.2摄像头32.2.3差分驱动轮42.3室
7、内巡视机器人的开发环境52.3.1仿真环境Microsoft Robotics Developer Studio R352.3.2编程环境visual studio 62.4仿真机器人的总体巡视方案62.4.1总体巡视方案62.4.2传感器数据接口62.4.3避障62.4.4途径规划72.4.5实时监控72.4.6手动控制73仿真机器人巡视算法及实现83.1仿真环境建立及编程调试83.1.1仿真环境建立83.1.2控制程序的编写83.2避障103.2.1获取激光数据103.2.2避障的实现113.2.3避障程序123.3途径规划143.3.1机器人沿墙巡视的设计153.3.2最小二乘原理153
8、.3.3直线拟合163.3.4机器人沿墙走巡视的设计163.3.5机器人沿墙走巡视的实现183.3.6机器人沿墙走巡视的特殊状况203.4实时监控203.4.1获取摄像头数据203.4.2图像显示及刷新223.5手动控制器的设计243.5.1手动操作面板控制原理253.5.2手动操作面板控制的功能253.5.3手动控制器的实现264实验成果284.1数据输出程序284.2数据分析284.2.1避障时数据分析284.2.2沿墙走时数据分析294.3总结315总结与展望325.1本文总结325.2展望32参照文献33道谢351 绪论1.1 引言21世纪，随着经济，科技，社会不断向迈进步和发展，我们
9、生活中的多种各样的的人流以及物流的集散场合不断的增长，其数量与规模是以往所不能比拟的，例如仓库、车站，大型购物中心，高档写字楼、会议中心以及飞机场等等。正是由于这些人流，物流集散场合在数量和规模上的不断增长，随之而来的是这些场合中多种设备、装置的自动化需求也越来越高。然而巡视机器人，它是一种集环境感知、路线规划、动态决策、行为控制等功能集于一体的综合系统，采用巡视机器人进行定点监控巡视或不间断自动巡视将是目前一种可行的解决方案。将机器人用于巡视工作，具有广阔的应用前景，近年来已受到国内外的注重，成为服务机器人的一种新研究方向。本文重要综述室内巡视机器人设计的有关问题，并进行问题分析及提出有关的
10、解决方案。1.2 移动机器人的研究内容及发展趋势1.2.1 移动机器人的国内外研究现状 国外移动机器人的研究开展较早，斯坦福研究院从1966年开始并用了6年时间研制出了“Shakey”的移动机器人。目前研究的方向重要是人工智能技术，即在复杂环境下机器人可以进行自主推理、规划和控制，并且它还安装有视觉、距离和碰撞等传感器，可以通过计算机对采集的图像进行解决和任务规划等功能。70年代，美国加州理工大学研制的移动机器人和法国LAAS的机器人和人工智能研究小组开发的Hiare移动机器人，是当时移动机器人研究领域的代表之作。80年代，美国国防高档研究筹划局揭开了世界范畴内全面研究移动机器人的序幕。其代表
11、是MIT研发的Wheelesley机器人。90年代，移动机器人进入更高层次的研究领域，其研究的重要内容在于研发出高水平的环境信息传感器、信息解决技术、高适应性的移动机器人控制技术和真实环境下的规划技术等。美国Probotics公司1999年生产了Cye小型家用移动机器人，它采用双轮差动驱动方式，可以自主的进行相应的工作。 国内移动机器人的研究起步较晚，但通过对国外机器人平台的引进和自主开发，现已获得很大进展。诸多高校和研究机构对移动机器人各方面的功能展开了广泛的研究。1.2.2 移动机器人的发展趋势虽然，在目前欧美某些国家和日本在移动机器人研究领域获得很大的进步，并领先于其她国家，但是其相应的
12、成本也是相称高昂的。因此结台国内的基本国情，且考虑到移动机器人的市场等有关因素，我们必须在如下几种方面上进行努力： (1)必须减少成本，研发出可以满足不同功能需求的有关系列产品。 (2移动机器人将来的发展方向是智能化和自主式。 (3)保证移动机器人可以正常巡视并对的的呈现出目前环境的具体状况。 (4)必要时我们可以通过人机结台，运用无线通信技术和因特网技术对移动机器人系统进行控制，来解决某些突发、紧急状况，保证移动机器人的正常工作。1.3 论文的重要内容本论文的重要内容是在Robotic Studio仿真系统中建立差分驱动轮式机器人的室内巡视仿真环境，通过编写程序对激光传感器数据的采集和解决，
13、规划机器人的运动途径及避障，使其可以自主巡视，再将摄像头采集到的图像显示出来，进行实时监控，然后在设计一种手动控制功能，即手动控制机器人进行巡视。课题的重要工作如下：1.学习和理解Robotic Studio仿真系统，掌握建立机器人仿真环境和编程控制机器人的基本措施；2.学习和理解差分驱动轮式移动机器人的基本运动控制方式；本文中我们规定机器人完毕的动作都是在变化机器人左右轮子的速度来实现的，因此我们的重点是掌握机器人左右轮速度的控制上。3.通过编程实现机器人沿墙进行自主巡视及实时监控；其中波及到机器人移动的途径规划，避障，摄像头数据获取，图像显示，图像实时刷新等问题。4. 通过编程来实现对机器
14、人进行手动控制进行巡视；虽然自动巡视具有诸多的长处，如以便，快捷，自主等，但是也有些局限性，例如操作不灵活，功能单一等。为此我们专门引入了手动控制器来增长操作的灵活性和多样化的功能。5.在Robotic Studio仿真系统中编程实现机器人在室内进行巡视。机器人可以沿着墙壁进行自动巡视，实时监控，规避障碍物，还要可以进行手动控制，是机器人进行手动巡视。2 室内巡视机器人设计的总体方案 2.1 研究任务本文的研究任务重要为机器人的自动巡视和手动控制巡视两部分，其中涉及途径规划，避障，实时图像显示等内容。寻找一种合理，有效，以便，成熟的措施来达到我们所规定的设计规定，是机器人在室内的巡视效果达到最佳。2.2 仿真机器人的构成本次研究中所使用的仿真机器人是采用轮式构造，由2个驱动轮和一种辅助轮构成，此外还安装有激光传感器，摄像头。2.2.1 激光传感器本文中所用的仿真激光传感器是按照德国SICK公司生产的LMS200设计的，它的扫描范畴最大可以达到8m，扫描角度为180，而将这个180的半圆提成0360共361份，其角度辨别率为0.
