移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃及其運(yùn)動(dòng)控制器研究.pdf

1、移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向，并且已經(jīng)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、教育等人類(lèi)社會(huì)的各個(gè)方面。而路徑規(guī)劃是移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)中的一個(gè)重要內(nèi)容，因?yàn)樗暮脡闹苯佑绊懙綑C(jī)器人所完成任務(wù)的質(zhì)量，所以路徑規(guī)劃成為移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。 本文中移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃，就是依據(jù)某個(gè)或某些優(yōu)化準(zhǔn)則(如工作代價(jià)最小、行走路線(xiàn)最短、行走時(shí)間最短等)，在其工作空間中找到一條從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)能避開(kāi)所有障礙物的一條最優(yōu)路徑。

2、 本文首先討論了移動(dòng)機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及移動(dòng)機(jī)器人的幾個(gè)研究方向，并著重介紹了路徑規(guī)劃技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及應(yīng)用方法，也指出了本課題的研究意義和主要研究的內(nèi)容。 其次通過(guò)對(duì)遺傳算法和模擬退火算法的研究，分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。并把這兩個(gè)算法結(jié)合構(gòu)成了遺傳模擬退火算法，它兼?zhèn)淞撕軓?qiáng)的全局和局部搜索能力，在變量數(shù)目較大時(shí)尤其突出。 接著應(yīng)用遺傳模擬退火算法實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人靜態(tài)環(huán)境下的路徑規(guī)劃。在執(zhí)行規(guī)劃程序之前先應(yīng)用頂點(diǎn)法建立

3、了機(jī)器人的工作環(huán)境，然后執(zhí)行基于遺傳模擬退火算法的路徑規(guī)劃算法。在此算法中：編碼方式采用簡(jiǎn)化的實(shí)數(shù)編碼方法，把機(jī)器人的二維坐標(biāo)簡(jiǎn)化為一維，加快了機(jī)器人最優(yōu)路徑的搜索速度；初始化方法采用大范圍初始化，并在初始化中加入了選擇機(jī)制，使初始點(diǎn)避開(kāi)障礙物區(qū)域；通過(guò)綜合考慮路徑的可行性、路徑的光滑性和路徑長(zhǎng)度，制定了有效的適應(yīng)度函數(shù)；選擇策略采用比例選擇法；交叉算子采用非對(duì)稱(chēng)單點(diǎn)交叉策略；變異算子首先采用啟發(fā)式變異，先把所有的路徑優(yōu)化成可行路徑，然

4、后在每條路徑上隨機(jī)選擇一個(gè)變異點(diǎn)，最后對(duì)此點(diǎn)以概率Pm進(jìn)行變異。模擬退火中的隨機(jī)移動(dòng)準(zhǔn)則采用Metropolis準(zhǔn)則；也使用了有效的溫度更新函數(shù)。通過(guò)在VC++中的仿真證明：采用遺傳模擬退火方法進(jìn)行機(jī)器人的路徑規(guī)劃是有效的和可行的。 然后應(yīng)用遺傳算法對(duì)移動(dòng)機(jī)器人動(dòng)態(tài)環(huán)境下的路徑規(guī)劃進(jìn)行了仿真。由于動(dòng)態(tài)環(huán)境要求有較快的實(shí)時(shí)運(yùn)算速度，所以采用遺傳算法進(jìn)行規(guī)劃。與靜態(tài)環(huán)境下所不同的是：動(dòng)態(tài)環(huán)境下要實(shí)時(shí)的確定一個(gè)中間目標(biāo)點(diǎn)；在制定適應(yīng)度