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某型机器人的路径规划方法研究

杜峰  
【摘要】: 近年来,移动机器人特别是自主移动机器人已成为机器人技术中一个十分活跃的研究领域,在工业生产、日常生活、城市安全、国防和空间探测中具有重要的应用前景。深入研究路径规划问题,增强机器人的适应性和完成操作任务的能力,对移动机器人走向实际应用具有十分重要的意义。本文结合某两轮差动驱动的移动机器人,主要对路径规划方法中的几个相关技术进行了研究。 首先,综述了移动机器人在国内外的发展历史和研究热点,并对移动机器人路径规划的研究现状、研究方法、及关键技术等进行了系统的归纳和总结,分析了各自优点和不足之处。 其次,简要描述了某型机器人的机构参数和运动结构,并对其配备的CCD摄像机、激光测距仪和声纳传感器做具体地分析说明。多种传感器的协同应用有利于定位和室内环境特征的辨别与确定,为移动机器人路径规划、环境建模等奠定基础。同时,根据两轮差动驱动移动机器人的结构特点,建立了某型机器人的运动学模型和动力学模型 再次,在深入分析现有的几种移动机器人控制体系结构的基础上,对某型机器人的控制体系结构进行了研究。针对传统包容式结构的不足,采用慎思与反应相结合的控制策略,从行为分解出发,提出了一种改进的混合式控制体系结构,并将其应用到某型机器人的路径规划中,设计了具体实现的控制结构。 最后,针对未知环境下某型机器人的路径规划问题,综合Bug算法和滚动窗口算法的优点,提出一种基于动态自适应窗口的路径规划算法。该算法首先对局部环境进行建模和分析,在此基础上进行路径规划,设计了有效的Wall Following行为和紧急避碰行为,并考虑了某型机器人的动力学约束和路径跟踪控制问题。仿真结果表明,提出的环境建模及路径规划方法具有很好的环境适应性和避障能力,提高了机器人运行的安全性和目标可达性。


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