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多异步启动的车式移动机器人协同运动规划算法研究和实现

作 者: 申冬
导 师: 林友芳
学 校: 北京交通大学
专 业: 计算机科学与技术
关键词: 多车式移动机器人 运动规划 中央调度器
分类号: TP242
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
下 载: 12次
引 用: 0次
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内容摘要


近年来,关于在公共环境内多车式移动机器人协同运动规划课题的研究受到广泛关注,并应用到交通系统、军事、物流运输和社会生活等领域。在某些特殊应用背景下,车式移动机器人的运动是由上级调度系统驱动的,这导致它们的启动时间可能不同。另外,不同车式移动机器人的运动任务也可能有着不同的紧急程度。因此,与常见的本类研究课题相比,本文额外引入了两个新的输入条件:车式移动机器人启动时间和通行优先级。具体来说,本文研究期望通过设置合理的规划法则,保证车式移动机器人群异步启动且独立地运动到达指定目标点,减少乃至完全避免其在运动过程中与公共环境中静态障碍物及其他车式移动机器人发生碰撞。同时,使得高通行优先级机器人能尽早地完成运动任务。本文提出了一个具有中央调度、动态、实时等特性的多车式移动机器人协同运动规划算法。算法将运动规划过程分为两个阶段:避开静态障碍物的轨迹规划阶段和避开其他车式移动机器人的轨迹执行阶段。常规意义下的第二阶段中,车式移动机器人的运动方案是完全沿着第一阶段所得轨迹推进至对应目标点。但在本文中,作为本文核心内容,第二阶段还将不定期地进行单次调度配置最新的运动方案,即感知车式移动机器人群在未来一段时间内按照当前运动方案推进将产生的碰撞结果,并视需求在部分车式移动机器人的运动周期内插入不等长的“暂停时长”。单次调度完毕后,车式移动机器人群将按照最新的运动方案继续推进。在实验平台上得到的仿真和实验结果证明,本文算法对于实现中等数量(几十个)的车式移动机器人群间的协同运动规划效果良好,符合算法预期。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 引言  11-20
  1.1 课题研究的背景和意义  11-14
  1.2 国内外研究现状  14-17
  1.3 研究目标和内容  17-18
  1.4 论文组织结构  18-20
2 相关理论知识  20-31
  2.1 车式移动机器人模型  20-22
  2.2 碰撞检测算法  22-25
    2.2.1 基本概念  23
    2.2.2 层次法  23-24
    2.2.3 增量法  24-25
  2.3 车式移动机器人运动规划算法  25-28
    2.3.1 基于采样的规划  26-28
    2.3.2 反馈规划  28
    2.3.3 解耦规划法  28
  2.4 贪心算法  28-29
  2.5 抽样理论  29-30
  2.6 本章小结  30-31
3 多异步启动的车式移动机器人协同运动规划算法  31-44
  3.1 问题建模  31-32
  3.2 算法思想  32-36
  3.3 算法流程  36-41
    3.3.1 轨迹规划阶段  37
    3.3.2 抽样碰撞次数统计  37-38
    3.3.3 两个车式移动机器人间的碰撞避免策略  38-39
    3.3.4 中央调度器  39-41
  3.4 算法分析  41-43
  3.5 本章小结  43-44
4 实验及结果分析  44-52
  4.1 实验环境  44
  4.2 实验平台  44-47
  4.3 实验数据和结果  47-49
  4.4 实验分析  49-51
  4.5 本章小结  51-52
5 总结和展望  52-54
  5.1 论文总结  52
  5.2 研究展望  52-54
参考文献  54-57
作者简历  57-59
学位论文数据集  59

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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