移动机器人路径规划及其控制策略的研究

【摘要】： 移动机器人技术作为机器人研究领域中一个分支,最近几年得到广泛的发展与应用,例如在太空探测器、军用防爆机器人、民用家用服务机器人等等各个领域都有着广泛的使用。完整的自主移动机器人系统的设计首先需要解决的问题有：如何使用自身携带的传感器设备,感知周围环境,自主规划路径避免与异物相碰。本文主要内容集中于移动机器人路径规划与控制策略的基础研究,如基于移动机器人视觉系统的控制策略,基于模糊控制方法和人工势场模型的路径规划算法。本文详细内容如下： 1、深入分析了移动机器人的相关理论与技术,包括移动机器人平台的结构,传感器设备,底层驱动结构,移动机器人的动力学模型。 2、深入研究了机器视觉的理论知识,并对全景视觉系统进行了全面的分析,包括全景系统的硬件结构,全景系统的成像原理。3、基于全景视觉技术实现了移动机器人的一种导航控制策略。本文提出一种利用相似三角形原理的测量方法,完成从全景视觉设备拍摄的二维图像中提取特征信息,测量出目标在三维场景中与机器人的实际距离,该方法简单实用,实时性好,能够满足移动机器人判定目标的实时性要求。 4、介绍了目前移动机器人路径规划采用的常用方法,本文采用模糊控制方法进行移动机器人路径规划。使用传统模糊控制的路径规划方法,移动机器人在某些环境中过弯道时存在不足之处,本文采用了一种走安全路线的自调整模糊控制改进方法,弥补了传统模糊控制方法的不足之处。 5、研究了基于人工势场模型的路径规划方法,针对传统人工势场法在路径规划中存在局部极值情形,本文提出了一种改进势场模型。该模型借鉴罚函数法能够有效的处理优化函数模型中的约束问题,首先要将人工势场路径规划模型转化成问题空间内的寻优问题,再引入罚函数法处理局部极小值问题,最后通过仿真实验进行验证并取得了较好的效果。