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复杂动态环境下移动机器人势场平衡路径规划算法研究

作　者: 张茜茜
导　师: 吴清
学　校: 河北工业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 路径规划动态环境势场平衡算法滚动窗口算法
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

路径规划技术一直是移动机器人研究领域的核心问题之一，并随着社会需求的发展，复杂动态环境下的路径规划问题更是引起了人们的广泛关注。本文在对现有的路径规划算法进行了较深入分析的基础上，提出了一种新的路径规划算法——势场平衡算法，并进行了仿真验证，完成的主要工作包括：首先，针对国内外路径规划技术的研究现状，对已有的路径规划算法进行分类总结。重点探讨了人工势场法、蚁群算法和A*算法的原理及优缺点等，并对三种算法所存在的一些焦点问题进行深入研究。其次，为提高移动机器人对动态环境的适应力，使其在复杂环境下仍能够高效准确的规划路径，提出了一种新的势场平衡路径规划算法。该算法基于障碍物对机器人有排斥力且目标点对机器人有吸引力的思想，利用障碍物对机器人的斥力值，建立障碍物环境地图，通过搜索斥力值与引力值之和的最小值，进行全局路径规划。同时，与滚动窗口路径规划算法相结合，通过势场平衡算法寻找当前滚动窗口中的最短路径，使机器人在前进过程中依靠滚动窗口算法周期性反馈的信息，不断调整当前路径，从而在复杂动态环境下能够有效、快速的规划出最优路径，直至到达目标点。最后，本文开发了一个简单的模拟仿真系统，在此基础上进行了相关的仿真实验，结果表明了所提算法具有较强的全局与局部搜索能力，使移动机器人能在复杂的动态环境中顺利避开障碍物，快速的以最优路径到达目标点。同时，通过延伸，将路径规划问题与虚拟现实数字展示平台相结合，在虚拟场景中，成功引导虚拟人完成从起点到终点的路径规划。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-15
  §1-1 引言  9
  §1-2 路径规划技术的概述  9-10
  §1-3 路径规划技术的研究现状  10-13
    1-3-1 传统路径规划算法  10-11
    1-3-2 图形学的路径规划算法  11-12
    1-3-3 智能仿生学路径规划算法  12
    1-3-4 其他路径规划算法  12-13
  §1-4 路径规划技术的发展趋势  13-14
  §1-5 本课题的研究工作  14-15
第二章复杂环境下的路径规划技术  15-27
  §2-1 人工势场法  15-19
    2-1-1 人工势场法的简介  15-16
    2-1-2 人工势场法原理  16-17
    2-1-3 人工势场法的优缺点  17-19
  §2-2 A*算法  19-23
    2-2-1 A*算法简介  19-21
    2-2-2 A*算法实现原理  21-22
    2-2-3 A*算法优缺点  22-23
  §2-3 蚁群算法  23-26
    2-3-1 蚁群算法简介  23-24
    2-3-2 蚁群算法原理  24-25
    2-3-3 蚁群算法的优缺点  25-26
  §2-4 本章小结  26-27
第三章动态环境下势场平衡法的研究  27-36
  §3-1 引言  27
  §3-2 势场平衡算法设计思想  27-28
  §3-3 势场平衡法原理  28-29
    3-3-1 障碍物斥力  28-29
    3-3-2 目标点引力  29
  §3-4 势场平衡法实现流程  29-31
  §3-5 基于滚动窗口的势场平衡算法  31-35
    3-5-1 滚动窗口路径规划  31-33
    3-5-2 结合滚动窗口的势场平衡算法  33-35
  §3-6 本章小结  35-36
第四章势场平衡算法的模拟实验与分析  36-48
  §4-1 仿真系统下的路径规划实验结果及分析  36-43
    4-1-1 模拟仿真系统  36-37
    4-1-2 静态环境下的路径规划  37-39
    4-1-3 局部极小值问题处理  39-41
    4-1-4 动态环境下的路径规划  41-43
  §4-2 虚拟场景中的路径规划  43-47
    4-2-1 虚拟场景的三维建模  43-44
    4-2-2 虚拟场景中的路径规划  44-47
  §4-3 本章小结  47-48
第五章结论与工作展望  48-50
  §5-1 论文总结  48-49
  §5-2 工作展望  49-50
参考文献  50-53
致谢  53

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