自主移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的若干算法研究.pdf

1、地面自主移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支，集人工智能、智能控制、信息處理等專業(yè)技術(shù)為一體，其發(fā)展對國防、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)具有重大的影響力，已成為各國高科技領(lǐng)域的戰(zhàn)略性研究目標(biāo)。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的核心關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　 移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是指設(shè)計(jì)一個(gè)適當(dāng)?shù)目刂戚斎胧瓜到y(tǒng)沿某一軌跡從一開始位置運(yùn)動(dòng)到另一終點(diǎn)位置，包含兩方面內(nèi)容：路徑規(guī)劃和跟蹤控制。
　　 本文圍繞這兩個(gè)內(nèi)容，對移動(dòng)機(jī)器人的路

2、徑規(guī)劃和軌跡跟蹤分別進(jìn)行了研究，在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，提出了一些改進(jìn)算法及新的解決方案，以提高算法的計(jì)算效率，擴(kuò)展其使用范圍。具體的研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　 1.將第二類偏微分方程引入到移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃問題求解中，探討了偏微分方程在路徑規(guī)劃中的應(yīng)用，擴(kuò)展了路徑規(guī)劃的求解算法種類。該算法克服了其它路徑規(guī)劃算法的缺點(diǎn)，比如經(jīng)典勢場算法中的極小問題、RRT算法的無謂耗費(fèi)等。算法的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)和求解時(shí)的自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化保證了該算法的適

3、應(yīng)性。
　　 2.針對快速擴(kuò)展隨機(jī)樹RRT算法只能在已知環(huán)境中進(jìn)行移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃的限制，將RRT算法與基于滾動(dòng)窗口的路徑規(guī)劃相結(jié)合，提出了一種改進(jìn)的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃算法。該算法只考慮窗口環(huán)境地圖，避免了全局搜索，使得RRT算法可以在未知環(huán)境下的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃中應(yīng)用。算法引入啟發(fā)式估價(jià)函數(shù)，使得隨機(jī)樹易于朝目標(biāo)點(diǎn)方向生長，同時(shí)運(yùn)用回歸分析生成新節(jié)點(diǎn)，避免了可能產(chǎn)生的局部極小，增強(qiáng)了算法搜索未知空間的能力。
　　

4、3.為了提高移動(dòng)機(jī)器人在未知環(huán)境下的運(yùn)行效率，將應(yīng)激式爬行蟲Bug算法和滾動(dòng)路徑規(guī)劃相結(jié)合，只考慮當(dāng)前狀態(tài)下所必須的傳感數(shù)據(jù)，不計(jì)算障礙物的邊線解析式，節(jié)省了存儲(chǔ)空間，保證了規(guī)劃算法的實(shí)時(shí)性。運(yùn)用虛擬障礙的概念，解決了該算法在陷阱區(qū)域容易左右徘徊的問題。為了保證路徑規(guī)劃的完備性和Bug算法的全局最優(yōu)，同時(shí)給出了全局收斂標(biāo)準(zhǔn)。
　　 4.詳細(xì)分析了三次螺線作為移動(dòng)機(jī)器人跟蹤路徑所具有的各種優(yōu)異的幾何特性，定義路徑光滑成本函數(shù)，利用

5、三次螺線對規(guī)劃路徑光滑化，使得移動(dòng)機(jī)器人易于跟蹤所規(guī)劃的路徑，擴(kuò)展了移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　 5.詳細(xì)分析了履帶式移動(dòng)機(jī)器人的受力特點(diǎn)，提出了一種適于進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)的履帶移動(dòng)機(jī)器人模型。根據(jù)履帶式移動(dòng)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了機(jī)器人的軌跡跟蹤控制器。在控制器的設(shè)計(jì)中考慮了履帶一地面作用，引入?yún)?shù)對其描述?？紤]到機(jī)器人動(dòng)力學(xué)約束，同時(shí)引入機(jī)器人速度、加速度控制策略以保證機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平滑。
　　 6.研究了未知環(huán)