基于改进的人工势场法和水流法的移动机器人三维路径规划

摘要

本文主要研究了移动机器人路径规划的两种实现算法，分别为原始的人工势场法和水流法，在分析这两种方法的原理和缺陷的基础上，给出这两种方法各自的改进办法，并对改进后的结果进行验证分析。本文大体上分为以下4个部分。 第1章简单介绍了移动机器人路径规划方式的各种类别，以及其中原始人工势场法与水流法的研究背景、当前的研究情况、本文所探究的内容以及研究意义。 第2章首先列出了原始人工势场法在移动机器人路径规划中的应用原理，然后剖析了原始方法存在的弊端和应用的局限性。在此基础上先将传统方法中二维应用环境推广到三维，并建立三维坐标系，再通过增加虚拟目标及改变斥力场的方法分别解决机器人陷入局部极小点和目标不可达问题，实现对传统人工势场法的改进和推广。模拟结果可以表明，这种改进使得机器人移动路径更光滑并可以最终平稳到达目标点。 第3章主要展示了水流法避障原理在移动机器人路径规划中的运用，本章首先将原方法中环境建模改进为相对坐标进行描述，后考虑了机器人与障碍物交会时存在安全距离的因素，在原方法基础上增加了安全距离因子，以保证机器人避开障碍物时更平稳。模拟验证发现这种改进办法能增加移动机器人避障的安全性。 第4章对本文研究结果进行了简要归纳，最后瞻望了未来的探索方向。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景及现状

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究现状

1.2.1 研究内容

1.2.2 研究意义

2基于改进的人工势场法的移动机器人三维路径规划

2.1 传统人工势场法原理

2.2改进的人工势场法

2.3模拟验证及分析

3基于改进的水流法的移动机器人三维路径规划

3.1水流法原理

3.1.1 环境建模

3.1.2 算法描述

3.1.2 干扰流速度分析

3.2改进的水流法

3.2.1 环境建模

3.2.2 改进的水流法的算法描述

3.3 改进前后路径对比

4 总结与展望

4.1 全文总结

4.2 未来展望

参考文献

作者简历

学位论文原创性声明

学位论文数据集