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基于人工势场法的机器人路径规划研究

赵荣齐  
【摘要】: 智能移动机器人技术是机器人学中的一个重要分支,是一项有着广阔应用前景的高新技术,从工业制造领域到服务业,军事侦察、核工业、航空航天、服务业、医疗器械、基因工程等诸多领域,移动机器人技术都大有发展空间。机器人技术作为多学科融合的高科技技术,其运动环境的多变性和复杂性,决定了移动机器人路径规划问题是机器人领域一个研究重点,也是机器人实现智能化的关键技术。路径规划问题作为移动机器人研究中一个最基本最关键的课题,它解决移动机器人如何在环境中行走的问题。路径规划在机器人研究中不是独立的,同时还涉及到机器人领域的其它方面,如机器人的感知、通信及协调协作机制等,所以它是一个综合性的研究课题。本文针对移动机器人路径规划问题展开研究,并通过仿真验证证明了所提出理论及方法的有效性。论文主要研究成果如下: 本文首先对国内外智能移动机器人的研究现状和发展趋势进行了分析,介绍了移动机器人的导航技术,针对移动机器人路径规划所必须的环境建模技术和感知技术进行了系统介绍,并对己有的路径规划方法进行了分类总结,为进一步研究机器人路径规划问题作了准备。 其次在对移动机器人控制系统进行介绍分析的基础上,阐述了经典人工势场法路径规划原理,分析了传统人工势场方法存在的缺陷,解决了其中的若干问题,优化了算法。针对人工势场法的障碍物附近目标不可达问题,在分析了斥力函数的基础上,把机器人和目标的相对距离考虑进去,建立了新的斥力场函数,从而确保目标点为整个势场的全局最小点,使得机器人能够顺利到达目标;针对人工势场法固有的局部稳定问题,通过设置中间目标点的方法,使移动机器人在检测到局部稳定点的时候,能够顺利地跳出稳定点,从而顺利地到达目标。通过用VC++的仿真,证明了改进的算法,能够较好的弥补原有人工势场法的缺陷。 最后介绍了移动机器人的路径控制方法积分回退法,并基于移动机器人AS-R的实验平台进行了移动机器人的运动控制实验,得到了机器人的运动曲线。


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