轮/履式仿人机器人在非结构化环境中自主作业关键技术

目录“新一代人工智能理论、技术及应用丛书”序前言第1章绪论11.1研究背景及意义11.2研究现状41.2.1逆运动学研究现状41.2.2运动规划算法研究现状51.2.3碰撞检测算法研究现状61.2.4仿人机器人稳定性研究现状71.2.5同时定位和地图构建研究现状8第2章轮/履式仿人机器人平台介绍102.1引言102.2结构分析102.3硬件系统112.3.1双臂作业系统122.3.2腰部3-RPS并联机构132.3.3移动小车平台142.3.4RealsenseD435摄像头介绍162.4软件系统172.4.1机器人模型182.4.2机器人通信192.5本章小结21第3章视觉SLAM三维环境构建223.1引言223.2相机的模型223.2.1坐标系之间的转换关系233.2.2RealsenseD435坐标转换关系253.2.3摄像机的标定263.3视觉里程计273.3.1常见的特征点检测算法273.3.2图像特征点匹配及对比分析303.3.3误匹配特征点剔除的实验及改进方法353.4相机的运动估计373.5关键帧选取策略及闭环检测393.5.1关键帧选取393.5.2闭环检测403.5.3词袋模型413.6位姿图优化433.7环境构建及实验结果分析453.7.1建图的要求及分类453.7.2八叉树地图463.8本章小结47第4章非结构化环境重构及目标识别484.1引言484.2YOLOv3算法介绍484.2.1YOLOv3网络模型结构494.2.2边界框的预测504.2.3损失函数524.2.4多种网络对比效果534.3网络改进的方法544.3.1增加网络层数544.3.2重构网络结构554.3.3先验框优化564.3.4树枝的三维重构574.3.5图像背景分割574.3.6枝干重构原理594.3.7离散精确框的相关性判断步骤634.3.8多项式拟合枝干*线654.4本章小结65第5章轮/履式仿人机器人运动规划675.1引言675.2基于图的搜索算法675.2.1Dijkstra算法675.2.2A*算法685.2.3LPA*搜索算法715.2.4D*Lite算法735.3动态路径规划算法735.3.1人工势场法735.3.2动态窗口法755.4基于采样的路径规划算法785.4.1RRT算法785.4.2RRT*算法815.5智能规划算法845.6路径平滑处理845.7本章小结85第6章轮/履式仿人机器人模型建立及运动学研究876.1引言876.2空间描述和变换876.2.1位置和姿态的描述876.2.2坐标变换886.3机器人运动学描述916.4正运动学分析926.4.1感知系统正运动学946.4.2主作业系统正运动学986.4.3辅助作业系统正运动学1006.4.43-RPS并联机构正运动学1026.5逆运动学研究分析1056.5.1主作业系统逆运动学1066.5.2辅助作业系统逆运动学1186.5.33-RPS并联机构逆运动学1206.6轮/履式仿人机器人稳定判据及行走与作业的逆运动学1226.6.1稳定判据1226.6.2上身与腰部适应下身稳定的行走逆运动学1236.6.3下身与腰部适应上身避障的作业逆运动学1256.7本章小结127第7章轮/履式仿人机器人作业臂避障轨迹规划研究1297.1引言1297.2作业臂避障规划1307.2.1作业臂及障碍物几何模型的表达1317.2.2作业臂与障碍物的碰撞检测1347.2.3作业臂昀终路径的确定1377.2.4直线运动轨迹插值1417.3关节空间下的轨迹规划1427.3.1三次多项式插值法1437.3.2高阶多项式插值法1447.4机器人双臂协调运动规划1457.4.1工作空间分析1457.4.2双臂协调摘取任务1477.5本章小结150第8章轮/履式仿人机器人在非结构化环境中自主作业验证1518.1引言1518.2SLAM系统性能分析1518.2.1Tum数据集性能测试分析1518.2.2建图实验1548.3水果识别及枝干重建实验1578.3.1实验数据集及相关参数说明1578.3.2苹果、枝干识别效果1598.3.3神经网络性能测试1608.3.4枝干重建实验1628.4二维空间内路径规划实验1638.5三维空间内路径仿真实验1658.5.1RRT*算法的仿真分析1658.5.2三维空间路径规划1668.6机器人作业仿真实验1688.6.1仿真模型建立1688.6.2正运动学仿真1698.6.3笛卡儿空间轨迹规划1708.6.4关节空间轨迹规划1718.7作业臂避障规划实验1728.8苹果采摘实验1768.8.1采摘实验示例1768.8.2误差校正1798.8.3双臂作业实验1828.9本章小结183参考文献184