满足不同任务需求的机器人最优路径规划研究及实现

发布时间：2017-10-20 01:27

  本文关键词：满足不同任务需求的机器人最优路径规划研究及实现

  更多相关文章： 线性时序逻辑 路径规划 仓储机器人 A*算法 运动控制

【摘要】：路径规划是移动机器人领域的核心技术之一。目前移动机器人路径规划主要集中在算法的研究上,与实际应用背景相结合的路径规划研究较少,仍有许多技术问题有待解决,如,传统的路径规划方法仅针对点到点的简单任务需求,无法很好地适用于任务较为复杂的情况。因此,研究能够满足不同任务需求的路径规划方法具有重要应用价值和理论意义。线性时序逻辑(linear temporal logic,LTL)理论能够有效的描述实际应用中各类复杂的任务需求,实现环境信息与任务需求相融合。本文基于LTL理论,研究了满足不同任务需求的机器人最优路径规划。首先,基于LTL理论,提出了基于LTL理论的仓储机器人路径规划方法。该方法通过构建灵活扩展的仓储环境模型,降低了路径规划的复杂度,并实现了满足仓储任务需求的最优路径规划。其次,机器人实际应用环境往往是动态变化的,现有的基于LTL理论的路径规划方法仍无法很好地适用于该类环境,因此又进一步研究了适用于动态环境的LTL-A~*-A~*最优路径规划方法。该方法将基于LTL-A~*算法的全局路径规划方法和基于A~*算法的局部路径规划方法相结合,不仅提高了全局路径寻优的效率,而且能够适用于动态环境。然后,为了验证上述方法的可行性与有效性,本文设计了包含地图构建、机器人定位、路径规划和运动控制四个模块的机器人导航系统实验平台,并在该平台上搭建了相应的模拟环境,结合目标跟踪控制策略,实验验证了所提出的移动机器人路径规划方法的有效性。最后,针对两机器人巡回同时采集并上传数据的任务需求,采用基于LTL理论的多移动机器人路径规划方法,在实验平台上实现了两机器人的协同路径规划。研究结果表明,本文所研究并实现的基于LTL理论的路径规划方法能够规划出满足不同任务需求的最优路径,弥补了现有路径规划方法的不足。
【关键词】：线性时序逻辑 路径规划 仓储机器人 A*算法 运动控制
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.3 论文内容与结构18-21
• 1.3.1 论文内容18-19
• 1.3.2 论文结构19-21
• 第2章 预备理论21-25
• 2.1 加权切换系统21-22
• 2.2 线性时序逻辑22-25
• 2.2.1 线性时序逻辑的语法22
• 2.2.2 线性时序逻辑的语义22-25
• 第3章 基于LTL理论的仓储机器人路径规划25-36
• 3.1 引言25
• 3.2 问题描述25-26
• 3.3 基于LTL理论的仓储机器人路径规划方法26-32
• 3.3.1 环境建模与任务描述27-30
• 3.3.2 路径寻优30-32
• 3.4 仿真实验32-35
• 3.5 小结35-36
• 第4章 适用于动态环境的LTL-A~*-A~*最优路径规划方法36-48
• 4.1 引言36
• 4.2 问题描述36-38
• 4.3 环境建模38
• 4.4 LTL-A~*-A~*最优路径规划算法38-44
• 4.4.1 基于LTL-A~*算法的全局路径规划39-41
• 4.4.2 基于A~*算法的局部路径规划41-42
• 4.4.3 LTL-A~*-A~*最优路径规划算法42-44
• 4.5 仿真实验44-47
• 4.6 小结47-48
• 第5章 机器人导航系统设计与实现48-68
• 5.1 引言48
• 5.2 系统总体框架48-50
• 5.3 地图构建模块设计50-53
• 5.3.1 模拟仓储实验环境建模50-52
• 5.3.2 模拟动态实验环境建模52-53
• 5.4 路径规划模块设计53-54
• 5.5 机器人定位模块设计54-55
• 5.6 运动控制模块设计55-61
• 5.6.1 偏差计算56
• 5.6.2 运动控制策略56-59
• 5.6.3 转换输出控制量59-61
• 5.7 导航系统实现与实验案例61-67
• 5.7.1 基于线性时序逻辑理论的仓储机器人路径规划实现62-65
• 5.7.2 适用于动态环境的LTL-A~*-A~*最优路径规划实现65-67
• 5.8 小结67-68
• 第6章 基于LTL理论的两机器人路径规划实现68-79
• 6.1 引言68
• 6.2 问题描述68-69
• 6.3 基于LTL理论的多机器人路径规划方法69-76
• 6.3.1 构建双转换系统70-71
• 6.3.2 构建时间自动机71-73
• 6.3.3 构建域自动机73-74
• 6.3.4 构建全局转换系统74-75
• 6.3.5 搜索最优路径75-76
• 6.4 基于LTL理论的两机器人路径规划方法仿真试验76-77
• 6.5 基于LTL理论的两机器人路径规划方法的实现77-78
• 6.6 小结78-79
• 第7章 总结与展望79-81
• 7.1 总结79-80
• 7.2 展望80-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张霖;欧林林;俞立;;执行能力有限的两差动轮机器人目标跟踪控制器[J];信息与控制;2015年02期

2 沈博闻;于宁波;刘景泰;;仓储物流机器人集群的智能调度和路径规划[J];智能系统学报;2014年06期

3 肖云涛;欧林林;俞立;;基于线性时序逻辑的最优巡回路径规划[J];自动化学报;2014年10期

4 王s，

本文编号：1064488