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第1章 概述 1

1.1引言 1

1.2未知环境中移动机器人导航理论与技术研究的进展概况 1

体系结构 2

环境建模与定位 2

路径规划 3

运动控制 4

故障诊断与容错控制 5

1.3机器学习和自适应理论与方法研究的进展 6

参考文献 7

第2章 未知环境中移动机器人系统的体系结构 10

2.1引言 10

2.2机器人体系结构 10

递阶式体系结构 10

反应式体系结构 11

慎思／反应复合式体系结构 12

2.3移动机器人系统体系结构实例 13

移动机构与传感器系统 14

控制系统软件体系结构 17

控制系统使用的硬件 25

2.4四层递阶式智能导航控制体系结构 29

导航控制任务分解与导航控制系统中的几个概念 29

一个四层模块化的汽车自主驾驶控制系统结构 29

驾驶控制系统各层内部通用结构 30

驾驶控制系统各层结构特点 31

参考文献 35

第3章 未知环境中移动机器人的动力学模型与控制 38

3.1引言 38

3.2轮式移动机器人的动力学模型 38

轮式移动机器人的几种典型机构 38

非完整约束条件下轮式移动机器人的动力学模型 39

3.3轮式移动机器人的镇定与跟踪问题 41

轮式移动机器人的镇定与跟踪控制器设计问题 41

镇定与跟踪控制器的相关研究 42

3.4轮式移动机器人的鲁棒统一控制器设计理论 52

破坏理想非完整约束条件下的轮式移动机器人鲁棒统一控制律 52

不确定曲面运动条件下轮式移动机器人原型的鲁棒统一控制器 68

3.5镇定和跟踪控制设计实例 81

Unicycle类型轮式移动机器人的控制器设计 81

单链链式系统的控制器设计 94

基于backstepping的跟踪控制律设计 110

基于模糊滑模变结构的控制器综合 114

基于微分平坦的轮式移动机器人轨迹生成 122

基于T-S模糊模型的轮式移动机器人轨迹跟踪控制 128

同时存在执行机构饱和与外部干扰时的WMR轨迹跟踪控制 136

参考文献 159

第4章 未知环境中移动机器人的环境建模与定位研究 171

4.1引言 171

4.2移动机器人环境建模与定位技术 172

环境模型简介 172

环境建模与定位方法概述 176

4.3基于视觉图像的环境特征提取 180

基于图像外观的环境特征分析与提取 181

基于兴趣点的环境特征分析与提取 183

基于立体视觉的环境特征分析 189

4.4动态环境下移动机器人地图构建的研究 190

地图表示方法简介 190

动态环境中基于障碍时空关联的地图构建 191

实验结果及其分析 201

4.5移动机器人定位技术的一些实例 207

基于激光雷达环境感知信息的机器人定位方法 207

基于Monte Carlo方法的移动机器人定位 213

4.6基于免疫进化算法的同步定位与建图 216

基于占据栅格的地图表示 217

关键点栅格及其检测 218

结合领域知识的并发定位与建图免疫进化算法 220

算法的实现和实验结果 223

结论 224

4.7基于视觉的拓扑环境建模与定位 225

拓扑模型与度量模型 225

视觉拓扑建模与定位领域常用的概率技术 226

视觉拓扑建模与定位系统 227

4.8基于视觉信号的地面移动机器人航迹修正 230

问题描述 230

视觉里程计 231

基于立体视觉的视觉里程计实现技术 232

基于视觉量角计的航迹修正算法 236

参考文献 241

第5章 未知环境中移动机器人的障碍物检测 245

5.1引言 245

5.2障碍物的检测方法 245

激光测距雷达 245

视觉方法 247

5.3基于激光雷达的障碍检测方法 252

测距数据的滤波处理 253

激光雷达测距数据的3-D变换 257

非结构化环境中的障碍检测 259

5.4基于自适应分割和立体视觉的快速障碍检测 262

5.5基于移动机器人视觉系统的运动目标检测与跟踪 266

基于移动机器人视觉系统的运动目标检测方法 267

运动目标跟踪技术 283

目标检测与跟踪的难点 287

参考文献 288

第6章 未知环境中移动机器人的导航策略 291

6.1引言 291

6.2路径规划技术 292

基于事例的学习规划方法 292

基于环境模型的规划方法 292

基于行为的路径规划方法 294

发展趋势 294

6.3基于近似Voronoi图的路径规划 296

移动机器人运行环境的空间表示方法 296

Voronoi图的介绍 299

近似Voronoi边界网络（AVBN）建模方法 301

基于A VBN模型与GAS的全局规划 306

仿真与实验 314

6.4反射式局部规划策略 315

反射式7层避障模型 315

轨迹的运动控制 318

扰动策略 319

反应式导航实验验证 320

6.5移动机器人的局部规划策略 322

局部规划方法概述 322

基于模拟退火的扰动规则设计 323

局部规划程序设计 328

局部规划仿真实验 329

6.6复合导航策略与实现 331

复合导航的策略 331

复合导航的实现 340

6.7路径规划的智能方法 345

基于免疫进化和示例学习的移动机器人路径规划 345

基于蚁群算法的移动机器人路径规划 351

6.8基于特征点的导航策略 359

特征提取 360

基于特征点的导航行为 362

导航策略的设计与实现 363

参考文献 366

第7章 未知环境中移动机器人的故障诊断与容错控制 371

7.1移动机器人故障诊断与容错控制概述 371

故障模型和传感器误差模型 371

移动机器人故障诊断与容错控制的特点 372

移动机器人故障诊断与容错控制的方法 373

7.2航迹推算系统硬故障诊断 377

基于粒子滤波器的混合动态系统估计 377

航迹推算系统故障模型 379

状态空间自适应 380

移动机器人航迹推算系统传感器的故障诊断 383

7.3移动机器人软故障检测与补偿的自适应粒子滤波算法 388

模型与软故障检测 388

软故障补偿的自适应粒子滤波器PD-PNAPF 391

实验与分析 394

粒子数目自适应、精度及效率分析 398

7.4软故障补偿的自适应进化粒子滤波算法PD-EAPF 401

多样性测度 402

自适应进化粒子滤波器PD-EAPF 402

实验以及分析 402

7.5不完备故障模型诊断及其在移动机器人故障诊断中的应用 405

不完备混合动态系统 405

未知模式检测 406

不完备模型诊断的粒子滤波算法 409

实验分析 410

不完备系统诊断的自适应机制 412

7.6激光雷达异常及车轮异常检测 414

激光雷达的异常检测与滤除 414

激光雷达鲁棒测量模型 417

移动机器人异常运动状态识别以及避让策略 423

参考文献 427

第8章 机器学习理论及其在移动机器人导航控制中的应用 429

8.1引言 429

8.2面向移动机器人导航与控制的机器学习方法 430

8.3增强学习研究的一些新进展 432

策略梯度增强学习的回报基线方法 433

模糊策略梯度增强学习 437

结合SVM的混合策略梯度增强学习方法 442

基于多目标优化的进化算法求解约束优化问题 450

8.4机器学习在移动机器人导航中的应用实例 472

增强学习在月球探测机器人运动控制中的应用 472

统计学习理论在基于视觉的环境感知中的应用 482

参考文献 493

第9章 未知环境中移动机器人导航控制研究的展望 498

9.1未来研究方向 498

9.2结束语 502

参考文献 502