Application of reinforcement learning and neural network in robot navigation

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＰａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｂ ｌｅｍｓｉｎｒｏｂｏｔｎａｖｉｇａｔｉｏｎ .Ｔｈｅｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｔｈｅｍｏ ｂｉｌｅｒｏｂｏｔｉｓｃｌａｓｓｉｆｉｅｄｉｎｔｏｔｗｏｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ:ｇｌｏｂａｌｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｐｒｉｏｒｋｎｏｗｌｅｄｇｅａｂｏｕｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｌｏｃａｌｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｎｖｉｒｏｎ ｍｅｎｔ.Ｔｈｉｓｐａｐｅ…     

人手的运动学仿真及基于知识的控制方法

在对手部结构进行分析的基础上,给出了受约束的人手运动学模型,并重点研究了基于虚拟现实的人手运动仿真,建立了虚拟手遥控操作仿真实验系统,通过它进行单指、成组和整手控制,并实现了基于知识的抓取操作。     

动态环境视觉导航的有限状态粗集方法研究

为实现移动机器人在多目标动态环境下导航与控制,提出了有限状态机和粗糙集理论相结合的单PT(Pan-Tilt)视觉系统监控策略.首先定义了目标方位信息可信度估计模型及基于动态优先级的目标选定方法.然后确定了每个目标监控的有限状态机模型,并依据粗糙集理论对目标监控决策表进行了约简,引入了非值约简描述方法,得到了最小规则集.在多目标环境下的移动机器人实验,验证了所提出方法的有效性.     

基于软件总线的星载系统软件结构的研究与设计

针对目前国内外星载系统软件可重构性较差的问题，提出了一种基于软件总线的星载系统软件结构。首先，介绍了软件总线和软构件的结构。其次，阐述了星载实时多任务操作系统中混合任务调度算法的设计。最后，对这个混合任务调度算法的正确性给出了证明。     

基于再生核理论的月球车轨迹跟踪控制*

针对平整坡面上行驶的月球车,研究了基于再生核理论的月球车轨迹跟踪控制新方法.它是基于描述月球车运动的动力学模型方程,对有限时间内的期望轨迹进行采样;利用再生核方法,数值求解控制参数,从而实现月球车期望轨迹的跟踪控制.该方法计算量小、方法简单、精度高,且可实现任意的非线性曲线的期望轨迹追踪.数值实验验证了该方法的正确性和有效性.     

基于融合边界信息的机器人路径选择方法研究

研究了机器人融合多元视觉边界信息检测障碍并选择可行路径实现导航的方法。针对检测到的视觉环境信息,研究了多元边界表示与提取算法,通过融合处理得到了实际环境中前进方向上的径向障碍分布(ROP),研究了相关的路径规划算法。对如何提高边界提取算法效率以及在机器人尺寸和实时速度约束条件下的规划等问题提出改进算法,实现了非结构化环境下机器人的局部导航控制。实际机器人在不同环境下的实验,验证了所研究算法的有效性。     

非完整移动机器人鲁棒控制方法研究

针对基于单目视觉的双轮差速移动机器人检测环境目标信息的误差大、波动频繁、有限视角约束且受非完整性约束特点,研究了避障与轨迹跟踪控制器的设计问题。首先基于李亚普诺夫稳定理论,设计了双轮差速移动机器人的圆弧轨迹控制器,并证明了控制器的稳定性。引入动态变化的参考角度以调节控制器因子,解决了系统受视觉传感器有限的视野范围约束及机器人运动轨迹优化问题。通过跟踪圆心沿多边形边界连续移动的圆弧轨迹,实现机器人避开多边形障碍物。仿真和实际机器人实验证明了所提出方法的有效性。     

基于主动环形闭合约束的移动机器人分层同时定位和地图创建

基于Rao-Blackwellized粒子滤波器提出了一种基于主动闭环策略的移动机器人分层同时定位和地图创建(simultaneous localization and mapping,SLAM)方法,基于信息熵的主动闭环策略同时考虑机器人位姿和地图的不确定性;局部几何特征地图之间的相对关系通过一致性算法估计,并通过环形闭合约束的最小化过程回溯修正.在仅有单目视觉和里程计的基础上,建立了鲁棒的感知模型;通过有效的尺度不变特征变换(scale invariant feature transform,SIFT)方法提取环境特征,基于KD-Tree的最近邻搜索算法实现特征匹配.实际实验表明该方法为实现SLAM提供了一种有效可靠的途径.     

虚拟战场建模技术的研究

首先给出了虚拟战场环境的基本组成,然后就战场中动态实体和特殊效果的建模技术进行了重点论述.考虑到兵力实体的运动规律和运动特征,对兵力实体结构进行了精确分析,并采用放样造型方法和组合建模方法对其几何建模过程进行了论述;针对战火、硝烟等战场场景建模要求,对火焰、烟雾等特殊效果的不规则运动进行了深入的了解和分析,实现了基于粒子系统原理的战场特效动态建模.给出的部分兵力几何建模结果和战场特殊效果仿真结果进一步验证了所提建模方法的可行性和有效性,也为虚拟战场的深入研究奠定了基础.