轮式机器人路径规划及任务调度算法研究与设计

发布时间：2017-10-05 04:19

  本文关键词：轮式机器人路径规划及任务调度算法研究与设计

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【摘要】：随着无人自动化工厂、智能物流系统、柔性制造系统等的发展,轮式机器人作为一种自动导引车(Automated Guided Vehicle,简称AGV),其在生产车间的开发应用逐渐成为提高企业经济效率的重要手段,同时轮式机器人系统的发展对提高生产效率、节约生产时间、节约能源和环保等方面具有重大的应用价值。软件系统的开发是轮式机器人系统应用的核心组成部分之一,是实现智能工厂信息化、网络化的重要手段。本文对轮式机器人路径规划和任务调度算法等进行研究。主要研究内容如下:首先,在分析轮式机器人整体结构和工作原理的基础上,详述了轮式机器人的导航定位、路径规划及任务调度等关键技术,并给出了轮式机器人系统工作流程。其次,对轮式机器人路径规划策略进行研究,选择利用图论法和栅格法建立轮式机器人二维工作环境地图信息,提出一种改进蚁群算法解决路径规划问题,该算法改进节点选择策略和算法搜索方法,并引入交叉操作。同时,MATLAB平台完成实例仿真测试,表明改进后的算法得到无碰撞最短路径信息。然后,在分析轮式机器人任务调度系统的方式、调度指标、调度冲突基础上,比较现阶段任务调度算法的优劣,提出了一种多层编码遗传和蚁群算法融合的混合算法,并设计了混合算法的流程,确定了多层编码遗传算法转向蚁群算法的临界点;然后根据设置的梯形模糊完成时间优先完成了某些特殊任务,并完成了混合算法在解决任务调度实例的仿真,在此基础上设置任务完成的优先级,满足实际要求的同时缩短任务完成时间,取得了满意的效果。最后,采用面向对象、易扩展及支持组件编程的Qt creator开发了轮式机器人软件系统,包括路径规划模块、数据库模块、任务调度模块、通讯模块等,并测试软件系统的总体功能,包括路径规划和任务调度算法测试,系统运行实验表明软件系统达到了设计要求,验证了路径规划和任务调度算法的可靠性和实用性。
【关键词】：AGV 路径规划 任务调度 Qt creator 软件系统
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题来源12
• 1.2 课题研究背景及意义12-13
• 1.3 国内外研究现状13-16
• 1.3.1 轮式机器人研究现状13-14
• 1.3.2 轮式机器人发展与应用14-16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第二章 轮式机器人系统整体分析及关键技术18-30
• 2.1 轮式机器人系统整体分析18-19
• 2.2 轮式机器人软件系统19-22
• 2.2.1 软件系统功能模块19-21
• 2.2.2 软件系统体系21-22
• 2.3 轮式机器人车载控制系统22-24
• 2.3.1 硬件构成22-23
• 2.3.2 软件构成23-24
• 2.4 轮式机器人关键技术24-27
• 2.4.1 导航定位24-26
• 2.4.2 路径规划26-27
• 2.4.3 任务调度27
• 2.5 轮式机器人系统工作流程27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 轮式机器人路径规划研究30-48
• 3.1 引言30
• 3.2 问题描述和环境信息建模30-33
• 3.2.1 栅格法31
• 3.2.2 单元树法31-32
• 3.2.3 可视图法32
• 3.2.4 MAKLINK图论32-33
• 3.3 算法开发平台33
• 3.4 软件算法设计总体方案33-43
• 3.4.1 机器人路径规划算法33-37
• 3.4.2 传统蚁群算法的实现37-39
• 3.4.3 蚁群算法优化改进39-41
• 3.4.4 改进蚁群算法流程41-42
• 3.4.5 改进蚁群算法实现42-43
• 3.5 MATLAB仿真测试结果43-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 轮式机器人任务调度研究48-65
• 4.1 轮式机器人任务调度系统48-52
• 4.1.1 任务调度方式48-49
• 4.1.2 任务调度指标49-50
• 4.1.3 任务调度冲突50-51
• 4.1.4 冲突解决51-52
• 4.2 基于多层编码遗传-蚁群算法的任务调度算法52-58
• 4.2.1 多层编码遗传-蚁群算法概述52-53
• 4.2.2 多层编码遗传-蚁群算法基本思想53-54
• 4.2.3 多层编码遗传-蚁群算法实现54-57
• 4.2.4 多层编码遗传-蚁群算法流程57-58
• 4.3 任务调度应用58-61
• 4.3.1 调度实例描述58-59
• 4.3.2 调度实例建模59-60
• 4.3.3 调度任务仿真60-61
• 4.4 调度算法改进61-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 轮式机器人软件系统设计65-82
• 5.1 引言65
• 5.2 轮式机器人软件系统65-69
• 5.2.1 软件系统概述65-67
• 5.2.2 软件系统总体设计67
• 5.2.3 软件系统总体框架67-69
• 5.2.4 软件内部运行机制69
• 5.3 路径规划功能模块69-71
• 5.3.1 读取DXF文件实现70
• 5.3.2 运动路径规划模块70-71
• 5.4 Modbus串口通讯功能模块71-73
• 5.4.1 Modbus传输协议71-72
• 5.4.2 串口通讯实现72-73
• 5.5 数据库功能模块73-77
• 5.5.1 数据库模块概述73
• 5.5.2 SQLite数据库系统73
• 5.5.3 数据库模块程序实现73-76
• 5.5.4 数据库历史信息76-77
• 5.6 任务调度功能模块77-80
• 5.6.1 任务调度模块组成77-78
• 5.6.2 机器人状态转换78-79
• 5.6.3 机器人执行任务79-80
• 5.6.4 任务调度功能实现80
• 5.7 软件系统实现80-81
• 5.8 本章小结81-82
• 第六章 系统运行与分析82-91
• 6.1 软件系统运行82-90
• 6.1.1 单台机器人实验82-85
• 6.1.2 多台机器人实验85-90
• 6.2 本章小结90-91
• 结论与展望91-93
• 参考文献93-99
• 附录99-111
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果111-112
• 致谢112-113
• 答辩委员会对论文的评定意见113

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