室内自主导航轮式机器人路径规划策略研究

摘要

随着科学技术的迅猛发展，机器人技术也得到了快速发展。轮式护理机器人作为一款服务领域的特种机器人，其本质是为行动不便的老年人和下肢残障人士提供的一种代步工具。对于以上特殊人群，复杂情况下的自主导航技术变得非常重要，路径规划技术是导航领域中的一个非常重要的分支，本课题主要研究室内轮式机器人路径规划技术，研究意义重大。
　　首先，研究了现有的路径规划技术，包括环境建模和路径规划算法，综合比较各种建模方法和算法的优缺点。选择栅格地图作为本文研究的环境模型，障碍物区域用阴影部分表示，非障碍物区域用空白部分表示，本文对障碍物进行了膨胀化处理，对栅格进行了填充处理，提高环境建模准确性。选择遗传算法作为路径规划的算法，为了克服遗传算法收敛速度慢等缺点，特在传统遗传算法的基础上进行了改进，主要体现在初始种群产生方式、变异操作、修复操作上。
　　然后使用MATLAB对本文所提算法进行了多次仿真实验。在不同的环境中，将本文算法进行自身对比，实验结果证明了本算法的有效性和通用性;在相同环境中，将本文算法和其他路径规划算法进行对比，实验结果证明了本算法的优越性。
　　最后对机器人的本体进行了设计。重点对控制系统进行模块化设计，针对各模块不同的功能分别设计相应的硬件电路和控制软件。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 轮式护理机器人研究现状

1．2．2 机器人路径规划研究现状

1．3 课题来源及论文主要内容安排

1．3．1 课题来源

1．3．2 论文主要内容安排

第二章 室内轮式机器人路径规划技术

2．1 引言

2．2 轮式机器人自主导航

2．2．1 机器人自主导航概述

2．2．2 机器人自主导航方式

2．2．3 机器人定位

2．2．4 环境地图的构建

2．3 轮式机器人路径规划方法

2．4 轮式机器人路径规划方法的选择

2．5 本章小结

第三章 基于栅格地图的遗传算法机器人路径规划

3．1 引言

3．2 环境建模

3．2．1 栅格地图

3．2．2 障碍物处理

3．2．3 栅格地图信息编码

3．3 遗传算法基本原理

3．4 遗传算法路径规划方法设计

3．4．1 个体编码方式

3．4．2 种群初始化

3．4．3 适应度函数确立

3．4．4 遗传算子

3．4．5 控制参数

3．5 本算法路径规划的流程

3．6 本章小结

第四章 机器人路径规划的仿真实验与分析

4．1 仿真环境

4．2 Matlab简介

4．3 Matlab遗传算法工具箱

4．3．1 遗传算法的主函数

4．3．2 初始种群的生成函数

4．3．3 基本遗传操作函数

4．4 仿真实验与结果分析

4．4．1 自身对比实验与结果分析

4．4．2 和其他算法对比实验与结果分析

4．5 本章小结

第五章 轮式机器人本体设计

5．1 轮式机器人的机械结构

5．2 轮式机器人控制系统

5．2．1 主控模块

5．2．2 电源模块

5．2．3 通讯模块

5．2．4 道路识别模块

5．2．5 电机驱动模块

5．2．6 定位模块

5．2．7 手机客户端模块

5．2．8 信息采集模块

5．3 轮式机器人系统软件设计

5．3．1 总体软件系统设计

5．3．2 驱动控制软件设计

5．3．3 通信软件设计

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献