多移动机器人路径规划及仿真研究

发布时间：2020-06-05 18:04

【摘要】：路径规划技术是智能化机器人领域的重要研究方向。随着科技的不断进步与发展,只靠一个移动机器人难以完成复杂的工作,因此,多移动机器人方向成为了广大学者研究的热点。多移动机器人系统在工作效率上具有很强大的优势。目前,涉及多移动机器人方面,路径搜索问题仍然欠缺成熟的理论和方法,值得深入研究。本文从三个方面分析和解决多移动机器人路径规划问题。主要内容如下:首先,在已知的静态环境情况下,对路径规划问题进行分析。在基本蚁群算法(AS)的基础上分析了一种改进算法—自适应蚁群算法(ACS),针对该算法的不足,从全局信息素更新机制和死锁问题两个方向出发,做了相应的改进,从而使蚁群算法更加适应于机器人全局路径规划问题。通过栅格法建立环境模型,基于MATLAB仿真平台对基本蚁群算法和改进的蚁群算法进行仿真研究,根据结果充分显示了改进算法的优势所在。其次,针对单个移动机器人在未知的动态环境中的路径问题进行分析和研究,提出了全局路径算法与滚动窗口算法相结合的双层算法,即在第一层规划时,机器人通过改进后的算法规划出一条全局最优路径,在第二层规划时,机器人通过滚动窗口获取实时地图,根据避碰预测选择合适的避碰策略,从而实现局部优化路径,直到到达目标点。针对已知运动状态和未知运动状态下的动态障碍物可能出现的状况,通过仿真平台分别验证了两种情况下该算法解决路径问题的可行性和有效性。最后,在动态环境下对多移动机器人路径规划问题进行分析和研究。分析机器人与机器人之间可能产生的冲突情况,提出合适的协调方法解决冲突问题,在单移动机器人路径规划的基础上,引入了优先级分配方案,简化问题的复杂性。同时,提出了静态环境下的机器人队形问题。设计仿真环境,对多移动机器人路径规划问题和队形问题分别进行仿真。
【图文】：

机器人

西安理工大学工程硕士专业学位论文1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状纵观机器人的发展历程，轮式类型的机器人较早出现且被广泛应用。在上世纪就已出现机器人的研究工作[8]。1956 年，George Devol 和 Joe Engelberger 创建了世界上第一个机器人公司，，并在 1959 年参与设计了 Unimate 机器人，它是世界上第一台工业机器人,如图 1-1 所示。在 1961 年，Unimate 机器人运行于美国特伦顿（新泽西州首府）的汽车通用公司，在汽车的门、车窗把柄、换档旋钮、灯具固定架，以及汽车内部的其他硬件等生产过程中发挥了作用[9]。在上世纪 60 年代，斯坦福研究院（SRI）的 NilSNilssen 和其他学者,研制出了一台自主移动机器人[10][11]，命名为 Shakey 机器人，如图 1-2 所示，该机器人是世界上第一台真正意义上的采用人工智能（Aritificial Intelligence，AI）的移动机器人，可以感知环境变化，运动控制以及自主导航。

机器人

西安理工大学工程硕士专业学位论文1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状纵观机器人的发展历程，轮式类型的机器人较早出现且被广泛应用。在上世纪就已出现机器人的研究工作[8]。1956 年，George Devol 和 Joe Engelberger 创建了世界上第一个机器人公司，并在 1959 年参与设计了 Unimate 机器人，它是世界上第一台工业机器人,如图 1-1 所示。在 1961 年，Unimate 机器人运行于美国特伦顿（新泽西州首府）的汽车通用公司，在汽车的门、车窗把柄、换档旋钮、灯具固定架，以及汽车内部的其他硬件等生产过程中发挥了作用[9]。在上世纪 60 年代，斯坦福研究院（SRI）的 NilSNilssen 和其他学者,研制出了一台自主移动机器人[10][11]，命名为 Shakey 机器人，如图 1-2 所示，该机器人是世界上第一台真正意义上的采用人工智能（Aritificial Intelligence，AI）的移动机器人，可以感知环境变化，运动控制以及自主导航。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242

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