未知環(huán)境中移動機(jī)器人導(dǎo)航控制理論與方法

《21世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)叢書》序
前言
第1章 概述
1.1 引言
1.2 未知環(huán)境中移動機(jī)器人導(dǎo)航理論與技術(shù)研究的進(jìn)展概況
1.2.1 體系結(jié)構(gòu)
1.2.2 環(huán)境建模與定位
1.2.3 路徑規(guī)劃
1.2.4 運(yùn)動控制
1.2.5 故障診斷與容錯控制
1.3 機(jī)器學(xué)習(xí)和自適應(yīng)理論與方法研究的進(jìn)展
參考文獻(xiàn)
第2章 未知環(huán)境中移動機(jī)器人系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
2.1 引言
2.2 機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)
2.2.1 遞階式體系結(jié)構(gòu)
2.2.2 反應(yīng)式體系結(jié)構(gòu)
2.2.3 慎思/反應(yīng)復(fù)合式體系結(jié)構(gòu)
2.3 移動機(jī)器人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)實(shí)例
2.3.1 移動機(jī)構(gòu)與傳感器系統(tǒng)
2.3.2 控制系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)
2.3.3 控制系統(tǒng)使用的硬件
2.4 四層遞階式智能導(dǎo)航控制體系結(jié)構(gòu)
2.4.1 導(dǎo)航控制任務(wù)分解與導(dǎo)航控制系統(tǒng)中的幾個概念
2.4.2 一個四層模塊化的汽車自主駕駛控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.4.3 駕駛控制系統(tǒng)各層內(nèi)部通用結(jié)構(gòu)
2.4.4 駕駛控制系統(tǒng)各層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
參考文獻(xiàn)
第3章 未知環(huán)境中移動機(jī)器人的動力學(xué)模型與控制
3.1 引言
3.2 輪式移動機(jī)器人的動力學(xué)模型
3.2.1 輪式移動機(jī)器人的幾種典型機(jī)構(gòu)
3.2.2 非完整約束條件下輪式移動機(jī)器人的動力學(xué)模型
3.3 輪式移動機(jī)器人的鎮(zhèn)定與跟蹤問題
3.3.1 輪式移動機(jī)器人的鎮(zhèn)定與跟蹤控制器設(shè)計(jì)問題
3.3.2 鎮(zhèn)定與跟蹤控制器的相關(guān)研究
3.4 輪式移動機(jī)器人的魯棒統(tǒng)一控制器設(shè)計(jì)理論
3.4.1 破壞理想非完整約束條件下的輪式移動機(jī)器人魯棒統(tǒng)一控制律
3.4.2 不確定曲面運(yùn)動條件下輪式移動機(jī)器人原型的魯棒統(tǒng)一控制器
3.5 鎮(zhèn)定和跟蹤控制設(shè)計(jì)實(shí)例
3.5.1 Unicycle類型輪式移動機(jī)器人的控制器設(shè)計(jì)
3.5.2 單鏈鏈?zhǔn)较到y(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)
3.5.3 基于backstepping的跟蹤控制律設(shè)計(jì)
3.5.4 基于模糊滑模變結(jié)構(gòu)的控制器綜合
3.5.5 基于微分平坦的輪式移動機(jī)器人軌跡生成
3.5.6 基于T S模糊模型的輪式移動機(jī)器人軌跡跟蹤控制
3.5.7 同時存在執(zhí)行機(jī)構(gòu)飽和與外部干擾時的wMR軌跡跟蹤控制
參考文獻(xiàn)
第4章 未知環(huán)境中移動機(jī)器人的環(huán)境建模與定位研究
4.1 引言
4.2 移動機(jī)器人環(huán)境建模與定位技術(shù)
4.2.1 環(huán)境模型簡介
4.2.2 環(huán)境建模與定位方法概述
4.3 基于視覺圖像的環(huán)境特征提取
4.3.1 基于圖像外觀的環(huán)境特征分析與提取
4.3.2 基于興趣點(diǎn)的環(huán)境特征分析與提取
4.3.3 基于立體視覺的環(huán)境特征分析
4.4 動態(tài)環(huán)境下移動機(jī)器人地圖構(gòu)建的研究
4.4.l 地圖表示方法簡介
4.4.2 動態(tài)環(huán)境中基于障礙時空關(guān)聯(lián)的地圖構(gòu)建
4.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析
4.5 移動機(jī)器人定位技術(shù)的一些實(shí)例
4.5.1 基于激光雷達(dá)環(huán)境感知信息的機(jī)器人定位方法
4.5.2 基于Monte Carlo方法的移動機(jī)器人定位
4.6 基于免疫進(jìn)化算法的同步定位與建圖
4.6.1 基于占據(jù)柵格的地圖表示
4.6.2 關(guān)鍵點(diǎn)柵格及其檢測
4.6.3 結(jié)合領(lǐng)域知識的并發(fā)定位與建圖免疫進(jìn)化算法
4.6.4 算法的實(shí)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果
4.6.5 結(jié)論
4.7 基于視覺的拓?fù)洵h(huán)境建模與定位
4.7.1 拓?fù)淠Ｐ团c度量模型
4.7.2 視覺拓?fù)浣Ｅc定位領(lǐng)域常用的概率技術(shù)
4.7.3 視覺拓?fù)浣Ｅc定位系統(tǒng)
4.8 基于視覺信號的地面移動機(jī)器人航跡修正
4.8.1 問題描述
4.8.2 視覺里程計(jì)
4.8.3 基于立體視覺的視覺里程計(jì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)
4.8.4 基于視覺量角計(jì)的航跡修正算法
參考文獻(xiàn)
第5章 未知環(huán)境中移動機(jī)器人的障礙物檢測
5.1 引言
5.2 障礙物的檢測方法
5.2.1 激光測距雷達(dá)
5.2.2 視覺方法
5.3 基于激光雷達(dá)的障礙檢測方法
5.3.1 測距數(shù)據(jù)的濾波處理
5.3.2 激光雷達(dá)測距數(shù)據(jù)的3-D變換
5.3.3 非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的障礙檢測
5.4 基于自適應(yīng)分割和立體視覺的快速障礙檢測
5.5 基于移動機(jī)器人視覺系統(tǒng)的運(yùn)動目標(biāo)檢測與跟蹤
5.5.1 基于移動機(jī)器人視覺系統(tǒng)的運(yùn)動目標(biāo)檢測方法
5.5.2 運(yùn)動目標(biāo)跟蹤技術(shù)
5.5.3 目標(biāo)檢測與跟蹤的難點(diǎn)
參考文獻(xiàn)
第6章 未知環(huán)境中移動機(jī)器人的導(dǎo)航策略
6.1 引言
6.2 路徑規(guī)劃技術(shù)
6.2.1 基于事例的學(xué)習(xí)規(guī)劃方法
6.2.2 基于環(huán)境模型的規(guī)劃方法
6.2.3 基于行為的路徑規(guī)劃方法
6.2.4 發(fā)展趨勢
6.3 基于近似Voronoi圖的路徑規(guī)劃
6.3.1 移動機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境的空間表示方法
6.3.2 Voronoi圖的介紹
6.3.3 近似Voronoi邊界網(wǎng)絡(luò)(AVBN)建模方法
6.3.4 基于AVBN模型與GAS的全局規(guī)劃
6.3.5 仿真與實(shí)驗(yàn)
6.4 反射式局部規(guī)劃策略
6.4.1 反射式7層避障模型
6.4.2 軌跡的運(yùn)動控制
6.4.3 擾動策略
6.4.4 反應(yīng)式導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
6.5 移動機(jī)器人的局部規(guī)劃策略
6.5.1 局部規(guī)劃方法概述
6.5.2 基于模擬退火的擾動規(guī)則設(shè)計(jì)
6.5.3 局部規(guī)劃程序設(shè)計(jì)
6.5.4 局部規(guī)劃仿真實(shí)驗(yàn)
6.6 復(fù)合導(dǎo)航策略與實(shí)現(xiàn)
6.6.1 復(fù)合導(dǎo)航的策略
6.6.2 復(fù)合導(dǎo)航的實(shí)現(xiàn)
6.7 路徑規(guī)劃的智能方法
6.7.1 基于免疫進(jìn)化和示例學(xué)習(xí)的移動機(jī)器人路徑規(guī)劃
6.7.2 基于蟻群算法的移動機(jī)器人路徑規(guī)劃
6.8 基于特征點(diǎn)的導(dǎo)航策略
6.8.1 特征提取
6.8.2 基于特征點(diǎn)的導(dǎo)航行為
6.8.3 導(dǎo)航策略的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
參考文獻(xiàn)
第7章 未知環(huán)境中移動機(jī)器人的故障診斷與容錯控制
7.1 移動機(jī)器人故障診斷與容錯控制概述
7.1.1 故障模型和傳感器誤差模型
7.1.2 移動機(jī)器人故障診斷與容錯控制的特點(diǎn)
7.1.3 移動機(jī)器人故障診斷與容錯控制的方法
7.2 航跡推算系統(tǒng)硬故障診斷
7.2.1 基于粒子濾波器的混合動態(tài)系統(tǒng)估計(jì)
7.2.2 航跡推算系統(tǒng)故障模型
7.2.3 狀態(tài)空間自適應(yīng)
7.2.4 移動機(jī)器人航跡推算系統(tǒng)傳感器的故障診斷
7.3 移動機(jī)器人軟故障檢測與補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)粒子濾波算法
7.3.1 模型與軟故障檢測
7.3.2 軟故障補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)粒子濾波器PD-PNAPF
7.3.3 實(shí)驗(yàn)與分析
7.3.4 粒子數(shù)目自適應(yīng)、精度及效率分析
7.4 軟故障補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)進(jìn)化粒子濾波算法PD-EAPF
7.4.1 多樣性測度
7.4.2 自適應(yīng)進(jìn)化粒子濾波器PD-EAPF
7.4.3 實(shí)驗(yàn)以及分析
7.5 不完備故障模型診斷及其在移動機(jī)器人故障診斷中的應(yīng)用.
7.5.1 不完備混合動態(tài)系統(tǒng)
7.5.2 未知模式檢測
7.5.3 不完備模型診斷的粒子濾波算法
7.5.4 實(shí)驗(yàn)分析
7.5.5 不完備系統(tǒng)診斷的自適應(yīng)機(jī)制
7.6 激光雷達(dá)異常及車輪異常檢測
7.6.1 激光雷達(dá)的異常檢測與濾除
7.6.2 激光雷達(dá)魯棒測量模型
7.6.3 移動機(jī)器人異常運(yùn)動狀態(tài)識別以及避讓策略
參考文獻(xiàn)
第8章 機(jī)器學(xué)習(xí)理論及其在移動機(jī)器人導(dǎo)航控制中的應(yīng)用
8.1 引言
8.2 面向移動機(jī)器人導(dǎo)航與控制的機(jī)器學(xué)習(xí)方法
8.3 增強(qiáng)學(xué)習(xí)研究的一些新進(jìn)展
8.3.1 策略梯度增強(qiáng)學(xué)習(xí)的回報基線方法
8.3.2 模糊策略梯度增強(qiáng)學(xué)習(xí)
8.3.3 結(jié)合SVM的混合策略梯度增強(qiáng)學(xué)習(xí)方法
8.3.4 基于多目標(biāo)優(yōu)化的進(jìn)化算法求解約束優(yōu)化問題
8.4 機(jī)器學(xué)習(xí)在移動機(jī)器人導(dǎo)航中的應(yīng)用實(shí)例
8.4.1 增強(qiáng)學(xué)習(xí)在月球探測機(jī)器人運(yùn)動控制中的應(yīng)用
8.4.2 統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論在基于視覺的環(huán)境感知中的應(yīng)用
參考文獻(xiàn)
第9章 未知環(huán)境中移動機(jī)器人導(dǎo)航控制研究的展望
9.1 未來研究方向
9.2 結(jié)束語
參考文獻(xiàn)