基于距离传播的动态系统和路径规划算法研究

摘要

移动机器人技术是近年来的研究热点，路径规划技术是移动机器人技术研究中的一个重要领域，也是机器人完成其它高级任务的必要基础。机器人路径规划是给定机器人及其工作环境信息，按照某种优化指标，使系统在规定的时间内从起始点转移到目标点。对移动机器人路径规划展开理论和应用研究，旨在构建静态己知、静态未知和动态时变等不同复杂环境下具有实时性和有效性的路径规划方案，使得移动机器人提高适应环境变化的能力，从而为移动机器人的进一步实用化奠定基础。 本文描述了一种静态和动态环境下的基于路径传播的机器人路径规划算法，该算法利用栅格法对场景进行建模，实时最优路径的产生是通过动态距离的传播，距离信息是以栅格步的方式从目标开始的路径往机器人的起始点向外传播，不是简单地在工作空间中搜索全局最优路径和碰撞路径。距离信息的快速传播，以及每个栅格处理距离信息和数据更新的计算量减小，使得搜索过程效率极大提高。仿真实验结果表明，即使在障碍物比较复杂的静态和动态环境中，该算法也能迅速规划出最优路径，效果令人满意。 最后本文进行了针对AS-R移动机器人平台的实验，应用基于路径传播的动态系统和路径规划算法进行机器人路径规划，通过对实验结果和数据的分析讨论，表明了所提方法的有效性。

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致谢

第一章绪论

1.1机器人的由来和机器人的定义

1.1.1机器人的由来

1.1.2机器人的定义

1.2国内外移动机器人的研究现状

1.2.1国外移动机器人的研究现状

1.2.2国内移动机器人的研究现状

1.3移动机器人的研究领域

1.4移动机器人的分类和应用

1.4.1移动机器人的分类

1.4.2移动机器人的应用

1.5移动机器人的路径规划研究内容

1.6本课题的研究意义

1.7本文所做的主要工作和内容安排

第二章移动机器人路径规划理论及算法

2.1路径规划问题概述

2.2传统路径规划算法

2.2.1基于栅格法的自主机器人实时路径规划

2.2.2自由空间法

2.2.3可视图法

2.2.4启发式搜索算法

2.2.5人工势场法

2.3智能路径规划方法

2.3.1遗传算法

2.3.2模糊逻辑算法

2.3.3基于神经网络的路径规划

2.4机器人路径规划算法存在的问题

2.5常用动态障碍物环境下移动机器人路径规划

2.5.1动态圆心法

2.5.2基于滚动窗口的路径规划方法

2.5.3基于切线的路径规划方法

2.5.4基于概率统计的方法

2.6基于动态距离传播的路径规划方法概述

2.7本章小结

第三章机器人的数学模型

3.1 AS-R移动机器人体系结构

3.2轮式移动机器人的运动学和动力学模型

3.2.1轮式移动机器人的动力学模型

3.2.2轮式移动机器人的运动学模型

3.3机器人运动的控制变量

3.4本章小结

第四章基于距离传播的动态系统和路径规划算法

4.1基本的栅格法描述

4.2基于路径传播系统的机器人路径规划

4.2.1环境建模和参数信息

4.2.2路径传播系统

4.2.3目标、障碍物和机器人的运动环境

4.3仿真

4.3.1静态环境下的仿真

4.3.2动态环境下的仿真

4.3.3算法性能比较

4.4结论

第五章机器人路径规划综合实验

5.1实验平台简介

5.1.1 AS-R主要特点

5.1.2 AS-R基本配置功能模块

5.1.3 AS-R的主要应用

5.1.4 AS-R机器人模块配置及内外结构示意图

5.2 ASR开发库

5.2.1CASRSystem概述

5.2.2设备层概述

5.2.3运动控制模块接口详述

5.3基于距离传播的机器人路径规划实验

5.3.1静态环境下的机器人路径规划

5.3.2目标运动环境下的机器人路径规划

5.3.3障碍物运动环境下的机器人路径规划

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1工作总结

6.2论文创新点

6.3工作展望

参考文献

硕士期间发表论文