基于RRT轮式机器人路径规划方法研究

发布时间：2020-08-16 20:54

【摘要】：现阶段,移动机器人技术是科学研究的热点问题之一,路径规划算法是移动机器人的一个重要研究方向。随着其应用范围的不断拓宽,移动机器人将会朝着更加智能化和人性化的方向发展,这就使得移动机器人对路径规划的准确度要求越来越高。基于采样的快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Tree,简称RRT)算法由于不需要环境建模,具有较强的搜索性而得到广泛的应用,但是其自身的随机性强、收敛速度慢等问题制约着移动机器人路径规划的效率。因此,本文以路径规划RRT算法作为研究对象,完成了算法的优化和改进,实现了轮式机器人的路径规划功能。主要研究内容如下:首先,针对RRT算法自身的随机性强,收敛速度慢等问题提出改进RRT算法,通过改变关键节点的选取范围,在变概率指导策略的基础上对路径进行优化,并通过不同的实验环境验证改进算法的效果,实验结果表明其加快了收敛速度、有效改善了路径的质量。其次,为了进一步降低无效节点数量,提高算法的收敛速度,提出了改进双向RRT(Bidirectional RRT,简称Bi-RRT)算法。通过对扩展树Ta新节点Xnew的选取设置范围,找出几何距离值最小的节点Xnew',并将其作为扩展树Ta的临时目标点构建扩展树Tb,实验结果表明改进Bi-RRT算法降低了无效采样点的数量,缩短了算法的运行时间。最后,在自主搭建的轮式机器人平台上,通过ROS系统中的Gmapping功能包构建真实环境地图并配置路径规划关键参数,验证了实际场景下改进算法的可行性和实用性。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242
【图文】：

移动机器人

逦天津工业大学硕士学位论文逦逡逑以到达的外太空、深海、火灾现场和辐射区等场所［４＜。爬行式机器人（图ｌ－２ｃ）逡逑从仿生学的角度：６］可以分为螳螂式、蜘蛛式、蛇形、尺蠖式等，而从功能用途的逡逑角度［７］可以将其分为焊弧式、检测式、清洗式、巡线式和玩具类等，不同的爬行逡逑机器人有着各自特殊的用途。轮式机器人（图ｌ－２ｄ）是移动机器人中应用最为广逡逑泛的一种，具有极大的灵活性和转向性，能够实现零回转半径且易于控制［８＜。逡逑「室外机器人逡逑

移动机器人

１＿３）具有一定的记忆和辨识能力，有效融合了人工智能技术，不仅可以预先设计逡逑—些人类特有的动作，还能够按照人类的声音、手势等指令完成相应的动作：１２］。逡逑２０１１年，美国波士顿动力公司最新研制的军用机器人“Ｐｅｔｍａｎ”（图１－４）能够模逡逑拟人类生理学中的自我保护功能，对自身的体温、湿度和排汗量等合理调控，具逡逑有非常大的灵活性，能够应用于检验防护服性能［１３］。作为全球移动机器人发展最逡逑快的国家，丹麦在２０１８年首次向中国亮相ＭｏｂｉｌｅｌｎｄｕｓｔｒｉａｌＲｏｂｏｔｓ机器人（简称逡逑ＭｉＲ５００，图１－５）。该款机器人在物流运输领域取得较大突破，它的升举能力高逡逑达５００邋ｋｇ，移动速度高达７．２ｋｍ／ｈ，实现了自动收集、运输和配送各种托盘的功逡逑能，能够利用先进技术检测到周围３６０°范围内的所有障碍物，并且在人员和障碍逡逑物之间自由穿梭，较好地实现了移动机器人的自主导航功能［１４］。逡逑３逡逑

机器人

Ｆｉｇ．邋１－５邋ＭｉＲ５００邋ｒｏｂｏｔ逡逑在国内，移动机器人技术虽然起步相对较晚，但是随着时间的推移和高新技逡逑术的发展，在专家学者的共同努力下，机器人技术的研宄获得了历史性的突破，逡逑取得了令人称赞的丰硕成果。例如，２０００年成立的新松机器人公司研制的移动逡逑机器人（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ邋Ｇｕｉｄｅｄ邋Ｖｅｈｉｃｌｅ，邋ＡＧＶ）是唯一具有自主知识产权的一款机器逡逑人［１５］。阿里巴巴旗下研制的小Ｇ搬运机器人［１６］采用视觉识别、激光导航并行逡逑ＳＬＡＭ定位系统，通过深度学习识别障碍物并结合自适应粒子滤波进行轨迹预逡逑测，实现了车间无人智能搬运功能。哈尔滨工业大学研发的导游机器人［１７］具备良逡逑好的人机交互能力，能够实现自主移动和避障等功能。上海交通大学研制的智能逡逑轮椅：１８］融合了陀螺仪、激光和视觉等多个传感器，通过多信息融合算法创建周围逡逑环境地图，具有定位精度高的优点，实现了在复杂环境下定位和自主导航功能。逡逑中科院自动化研究所研制的移动机器人ＣＬＩＭＢＥＲ＾，是我国第一台复合型移动逡逑机器人，该款机器人装载了超声波、红外传感器和ＣＣＤ摄像头等多类型传感器，逡逑实现了非结构环境下的自主导航和避障功能。随着人工智能的发展，这些新兴的逡逑

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