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移动机器人的路径规划研究

作　者: 黄健生
导　师: 刘山
学　校: 浙江大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 移动机器人移动机械手人工势场法局部极小虚拟障碍物路径规划协作规划遗传算法
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 607次
引　用: 6次
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内容摘要

移动机器人平台和移动机械手系统的路径规划是机器人研究中的一个前沿的、关键的领域。本文针对移动平台和移动机械手,结合实验室设备的实际情况,各提出了一种新的路径规划方法,并进行了仿真实验,验证了所提方法的有效性。全文的主要内容如下:1.针对移动机器人平台,提出一种新的基于虚拟障碍物——人工势场法,并适合动态未知环境的在线路径规划方法。同时为了解决人工势场法固有的局部极小问题,提出一种新型的虚拟障碍物方法以逃逸局部极小点。大量的仿真实验结果表明,虚拟障碍物方法不仅良好地解决了人工势场法的局部极小问题,并且能间接地利用经过路径中的信息,在复杂环境的导航中起到了“路标”的作用。该方法还继承了人工势场法计算简单、实时性好、适用于动态环境的特点,整体性能达到令人满意的效果。2.针对移动机械手的协作规划问题,提出一种新的基于遗传算法并适合静态已知环境的离线路径规划方法。该方法充分利用遗传算法并行计算、不易陷入局部最优的优点,具备概率上寻找全局最优解的能力。仿真实验结果表明,该规划方法运算速度较快,在避开各种空间障碍物的同时,能找到一条到达目标点的符合目标函数的优化解。3.针对实验室现有的多机器人协作系统的任务,设计开发基于上述算法的移动机械手控制软件,并给出了在实际应用中如何利用声纳传感器进行障碍物检测的解决方案。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
致谢  7-10
第1章绪论  10-26
  1.1.引言  10
  1.2.移动机器人  10-15
    1.2.1.移动机器人的发展  11-12
    1.2.2.移动机器人的分类  12
    1.2.3.移动机器人关键技术介多  12-15
  1.3.移动机器人平台的路径规划  15-21
    1.3.1.移动机器人平台路径规划方法分类  16
    1.3.2.移动机器人平台全局路径规划方法  16-18
      1.3.2.1.栅格法  17
      1.3.2.2.可视图法  17
      1.3.2.3.拓扑法  17-18
      1.3.2.4.自由空间法  18
      1.3.2.5.神经网络法  18
    1.3.3.移动机器人平台局部路径规划方法  18-21
      1.3.3.1.人工势场法  19-20
      1.3.3.2.模糊逻辑算法  20
      1.3.3.3.神经网络法  20-21
      1.3.3.4.遗传算法  21
    1.3.4.移动机器人平台路径规划的总结  21
  1.4.移动机械手路径规划  21-23
    1.4.1.移动机械手路径规划方法分类  22
    1.4.2.移动机械手路径规划方法  22-23
    1.4.3.移动机械手路径规划方法的总结  23
  1.5.本文的主要工作  23-26
第2章动态环境中的一种基于虚拟障碍物——人工势场法的移动平台路径规划方法  26-58
  2.1 引言  26-27
  2.2 算法设计  27-41
    2.2.1 人工势场法设计  27-30
    2.2.2 虚拟障碍物方法设计  30-41
      2.2.2.1 局部极小点判据  33-35
      2.2.2.2 虚拟障碍物设置  35-41
  2.3 仿真实验与结果  41-55
    2.3.1 三种典型环境下的局部极小点"逃逸"的仿真实验  41-47
    2.3.2 动态环境下的仿真实验  47-50
    2.3.3 复杂环境下的仿真实验  50-54
    2.3.4 与其它方法比较的仿真实验  54-55
  2.4 优缺点分析及改进思路  55-56
  2.5 总结  56-58
第3章基于遗传算法的移动机械手协作系统分层路径规划方法  58-80
  3.1 引言  58-64
    3.1.1 多机器人协作系统  58-61
      3.1.1.1 多机器人协作系统分类  59-60
      3.1.1.2 多机器人协作系统的路径规划  60-61
    3.1.2 遗传算法简介  61-64
      3.1.2.1 遗传算法的基本思想  61-62
      3.1.2.2 遗传算法的特点  62
      3.1.2.3 遗传算法的基本流程及主要操作  62-64
  3.2 移动机械手协作路径规划算法  64-70
    3.2.1 问题描述  64
    3.2.2 移动机械手协作路径规划算法框架  64-67
    3.2.3 遗传算法设计  67-70
  3.3 仿真研究  70-78
    3.3.1 仿真实验1  71-72
    3.3.2 仿真实验2  72-78
  3.4 优缺点分析  78
  3.5 小结  78-80
第4章移动机械手控制软件的设计和开发  80-90
  4.1 引言  80-81
  4.2 软件的结构和功能  81-86
  4.3 基于声纳的障碍物检测技术  86-88
    4.3.1 坐标转换  86-87
    4.3.2 障碍物的分离  87
    4.3.3 障碍物信息的抽取  87-88
  4.4 软件运行环境  88
  4.5 小结  88-90
第5章总结与展望  90-92
  5.1 工作总结  90
  5.2 进一步工作展望  90-92
参考文献  92-98
攻读硕士学位期间取得的科研成果和参与的项目  98-99
作者简历  99

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