三维空间移动机器人路径规划技术的研究

发布时间：2018-06-13 14:15

  本文选题：路径规划 + 移动机器人　； 参考：《合肥工业大学》2017年硕士论文

【摘要】：在机器人智能控制的研究中,路径规划是实现移动机器人自主导航研究的重要环节之一,也是当今国内学者研究的重点。为了提高三维空间移动机器人的自主导航能力,本文在充分调研轮式移动机器人和空间旋翼机器人路径规划技术的研究现状及发展趋势的基础上,对其路径规划技术展开了深入的研究。主要研究内容包含以下几个方面:首先,分别建立了轮式移动机器人和空间旋翼机器人的运动学模型和动力学模型,并根据轮式移动机器人的运动学模型,空间旋翼机器人的动力学模型以及路径规划任务的需求,建立了轮式移动机器人姿态变换的控制模型及空间旋翼机器人达点运动的控制模型。其次,考虑到三维空间移动机器人全局路径规划的需求,先在二维的栅格环境下,采用A*算法和B样条曲线技术为轮式移动机器人构建了满足其运动学约束的全局路径规划模型。再在满足空间旋翼机器人动力学约束的基础上,将A*算法改进并应用在三维空间并建立空间旋翼机器人的全局路径规划模型。之后,考虑到三维空间移动机器人在动态环境下的路径规划需求,先将动态障碍物在避障环境中的运动情况考虑到RRT路径规划算法之中,提出了基于目标的动态RRT算法。然后考虑了轮式移动机器人的运动学约束,改进了所提出的RRT算法的节点扩展方式并建立了基于此算法的轮式移动机器人的动态路径规划模型。最后根据空间旋翼机器人的特性,将算法进一步扩展应用到三维空间,并建立了空间旋翼机器人的动态路径规划模型。最后,利用MATLAB GUI开发环境,按照环境建模模块,规划途径和算法选择模块,算法参数设置模块和仿真结果显示模块为所提出的路径规划模型建立了仿真规划平台,通过之前所建立的控制模型和仿真平台验证了所提出的算法的有效性。
[Abstract]:In the research of robot intelligent control, path planning is one of the important links in the research of mobile robot autonomous navigation, and it is also the focus of domestic scholars. In order to improve the autonomous navigation ability of 3D mobile robot, this paper studies the current situation and development trend of path planning technology of wheeled mobile robot and space rotary-wing robot. The technology of path planning is studied deeply. The main research contents are as follows: firstly, the kinematics model and dynamics model of wheeled mobile robot and space rotor robot are established, and according to the kinematics model of wheeled mobile robot, Based on the dynamic model of space rotor robot and the requirement of path planning task, the control model of attitude transformation of wheeled mobile robot and the control model of reaching point motion of space rotary-wing robot are established. Secondly, considering the need of global path planning for 3D mobile robots, we first use a two-dimensional grid environment. A global path planning model for wheeled mobile robot is constructed by means of A * algorithm and B spline curve technique. On the basis of satisfying the dynamic constraints of space rotor robot, the A * algorithm is improved and applied to 3D space and the global path planning model of space rotor robot is established. Then, considering the path planning requirement of 3D mobile robot in dynamic environment, considering the movement of dynamic obstacle in obstacle avoidance environment into RRT path planning algorithm, a target based dynamic RRT algorithm is proposed. Then the kinematics constraints of the wheeled mobile robot are considered and the node expansion mode of the proposed RRT algorithm is improved and the dynamic path planning model of the wheeled mobile robot based on this algorithm is established. Finally, according to the characteristics of space rotor robot, the algorithm is further extended to three-dimensional space, and the dynamic path planning model of space rotary-wing robot is established. Finally, using MATLAB GUI development environment, according to environmental modeling module, planning approach and algorithm selection module, algorithm parameter setting module and simulation result display module, the simulation planning platform is established for the proposed path planning model. The effectiveness of the proposed algorithm is verified by the control model and simulation platform.
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

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本文编号：2014294