室内自主导航移动机器人路径规划研究

发布时间：2017-03-18 20:08

  本文关键词：室内自主导航移动机器人路径规划研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着公共服务、仓储物流、探险救援、医疗护理等行业的发展,自主导航移动机器人正面临着巨大的应用需求。应用环境的复杂化对移动机器人导航技术提出了更高的要求,路径规划技术是移动机器人导航的关键技术之一。路径规划涉及避障、最优化和地图构建等问题,同时对实时性和鲁棒性要求较高。目前仍不存在单一的路径规划方法能同时解决上述问题,因此,对路径规划的研究具有理论和现实的意义。本文将Pioneer3-DX移动机器人作为研究对象,对室内移动机器人的路径规划方法进行研究,提出解决路径规划问题的新方法。按照移动机器人对环境信息的掌握情况,路径规划方法可分为全局路径规划法和局部路径规划法。A-star算法是一种启发式的全局路径规划算法,本文结合Pioneer3-DX移动机器人的两轮独立驱动特性,针对该算法的缺陷对其栅格地图、启发函数、搜索策略、估价函数和路径转折点进行优化,提高路径规划的避障性能、时效性和安全性;人工势场法是一种局部路径规划算法,本文对该算法的目标不可达、局部极小点和全局最优性差等问题进行了分析,通过改进FIRAS函数、势场填平法和逻辑重搜索法,提高路径规划的时效性和鲁棒性;由于单一路径规划算法不能满足复杂环境的需求,本文提出了提出基于改进A-star算法和改进APF算法的混合路径规划方法,提高路径规划的全局最优性、局部避障能力和鲁棒性。本文通过仿真和搭建的Pioneer3-DX移动机器人平台实验,验证了文中提出的新路径规划方法是可行、有效的。
【关键词】：移动机器人 路径规划 A-star算法 人工势场算法 混合路径规划法
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 机器人技术9-11
• 1.2 移动机器人的国内外研究现状11-14
• 1.2.1 移动机器人的国内外研究现状11-14
• 1.2.2 移动机器人的分类14
• 1.3 移动机器人路径规划的国内外研究现状14-16
• 1.4 课题研究的意义16
• 1.5 论文的研究内容及结构安排16-19
• 2 移动机器人路径规划概述19-33
• 2.1 引言19-20
• 2.2 移动机器人全局路径规划方法20-23
• 2.2.1 栅格法20-21
• 2.2.2 自由空间法21-22
• 2.2.3 可视图法22
• 2.2.4 拓扑法22-23
• 2.3 移动机器人局部路径规划方法23-27
• 2.3.1 蚁群优化算法23-24
• 2.3.2 遗传算法24-25
• 2.3.3 滚动窗口法25-26
• 2.3.4 人工势场法26-27
• 2.4 其他路径规划方法27-28
• 2.5 移动机器人的运动模型28-32
• 2.5.1 两轮独立驱动移动机器人坐标系29-30
• 2.5.2 两轮独立驱动移动机器人运动学模型分析30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 3 基于栅格地图的A-star全局路径规划算法33-53
• 3.1 引言33
• 3.2 环境建模33-38
• 3.2.1 栅格尺寸34-37
• 3.2.2 栅格法的信息编码37-38
• 3.3 A-star算法简介38-42
• 3.4 A-star算法的优化42-48
• 3.4.1 栅格模型的优化42-43
• 3.4.2 启发函数与估价函数的设置43-45
• 3.4.3 搜索策略的优化45-46
• 3.4.4 路径转折点平滑处理46-48
• 3.5 仿真实验结果与分析48-52
• 3.6 本章小结52-53
• 4 基于人工势场法的局部路径规划算法53-73
• 4.1 引言53
• 4.2 APF算法简介53-55
• 4.3 传统人工势场法的缺陷及优化方法55-69
• 4.3.1 目标不可达问题的分析及解决56-65
• 4.3.2 局部极小点问题分析及解决65-68
• 4.3.3 APF算法路径的全局优化68-69
• 4.4 仿真实验结果与分析69-72
• 4.5 本章小结72-73
• 5 基于改进A-star算法和改进APF算法的混合路径规划73-79
• 5.1 引言73
• 5.2 A-star算法与APF算法混合路径规划方法73-77
• 5.2.1 改进A-star路径规划算法的缺陷73
• 5.2.2 改进APF路径规划算法的缺陷73-75
• 5.2.3 A-star算法与APF算法混合路径规划方法描述75-77
• 5.3 仿真实验结果与分析77-78
• 5.4 本章小结78-79
• 6 移动机器人实验79-93
• 6.1 引言79
• 6.2 Pioneer3-DX移动机器人实验系统79-86
• 6.2.1 硬件设备80-84
• 6.2.2 客户端仿真及软件构成84-86
• 6.3 实验结果与分析86-92
• 6.4 本章小结92-93
• 7 结论93-95
• 7.1 全文总结93-94
• 7.2 研究展望94-95
• 参考文献95-100
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果100-101
• 致谢101-102

【参考文献】

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本文编号：254976