基于栅格地图的多移动机器人路径规划算法及避碰方法研究

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随着移动机器人柔性及智能化程度的日益提升,基于多移动机器人的智能物流搬运系统在智能仓储、港口运输等领域的应用愈加广泛。如何提升多移动机器人路径分布的均衡性,避免多移动机器人系统发生碰撞及死锁现象,是保证多移动机器人系统运行效率及稳定性的重要一环。本文以应用于快递分拣的多移动机器人系统为研究对象,对其路径规划、避碰交通管理等关键技术进行了研究。主要工作包括以下几个部分:首先,针对应用于快递分拣的多移动机器人系统设计了对应的系统体系结构;其次,在对比几种常用的环境建模方法后,采用栅格法对多移动机器人分拣作业区进行建模;最后,针对多移动机器人分拣作业需求,设计了单个移动机器人的作业流程及导航定位方法。针对应用于快递分拣的多移动机器人路径规划难题提出一种平衡防死锁路径规划方法,该方法首先根据已规划路径库标识各路径临时允许的运行方向,保证了所有路径均为单向路径,避免了俩机器人因路径相向冲突引发的死锁现象;其次,在路径搜索过程中不仅考虑了路程,还综合考虑了每个栅格点的交通流量和转弯次数,从而提升了多移动机器人路径分布的均衡性,避免了路径网络的局部拥塞现象,进而提高了多移动机器人系统的整体效率和智能化水平。针对应用于快递分拣的多移动机器人避碰及防死锁难题,提出了一种基于栅格点动态分配的避碰交通管理方法。首先,针对多移动机器人系统中常见的几种运动冲突,提出了相应的运动冲突消解策略。避免了多移动机器人间发生碰撞;其次,针对环路死锁预防难题,采用前瞻一步的策略,提出了一种基于有向图理论的环路死锁搜索与避免方法。最后以某应用于快递包裹分拣作业的多移动机器人协作系统为例,构建了多移动机器人协作分拣系统仿真模型。利用构建的模型对本文提出的多目标优化路径规划算法及避碰交通管理方法进行了分析,分析结果表明:与经典Dijkstra算法相比,本文所提出的多目标优化路径规划算法,能够显著提升多移动机器人路径分布的均衡性,从而提升多移动机器人系统的分拣效率;分析结果同样表明:所提出的避碰交通管理方法不仅能够避免多移动机器人间发生碰撞,而且能够有效避免环路死锁现象,保证了多移动机器人系统运行的稳定性及可靠性。
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