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路径规划作为移动机器人实现自主化和智能化的关键之一,成为其非常关键的研究子领域。本文对移动机器人路径规划中所使用的算法做了研究,主要从全局和局部规划两个层面出发,以Dr Robot X80Pro机器人系统作为研究平台,在优化相关算法的同时完成了相关的验证试验,并把改进后的新的算法运用到平台。针对复杂环境下,提出了混合双层规划方案。该方案首先在环境中使用改进的A*算法预规划处理,得到在全局上比较优化的路径,并提取该路径的转折点作为局部路径规划子目标点,采用改进后的人工势场法实时规划处理,混合双层算法不仅保证了路径在全局上较优的特点,而且具有实时应对动态变化环境下的规划任务的能力。本文完成的主要研究工作如下: (1)借鉴栅格法的思想完成环境的构建和表示,通过完成对传统A*算法的加权和平滑处理,减少了路径转折点和冗余点,可规划得到一条全局地图上的较优路径。另外考虑到实际机器人自身有宽度的问题,引入了生成点优先级节的策略,保证路径对于实际规划的安全性。通过室内环境下的仿真实验,验证了改进后A*算法可以得到一条安全、较优的全局路径。 (2)讨论了常见的人工势场算法的思想及常见的问题,通过在其势场函数中添加“距离因子”和改进斥力分力的方向,消除常见的极小点等问题。针对动态障碍物的避障问题,在势场函数中引入了速度和加速度信息,增加动态避障能力,而且通过引入两者的相对速度与相对位置的夹角,简化了复杂的势场函数模型。通过相关的仿真实例,验证了改进的人工势场法能有效避免局部极小点问题的发生以及应对动态规划。 (3)针对复杂环境下的规划问题,设计了基于改进的A*算法和改进的人工势场法的双层方案,设计了混合方案的思想和实现步骤,静态和动态两种环境下的对比试验,说明了混合方案的优越性,基于Dr Robot X80Pro机器人平台,完成了相关测试,进一步证实了双层路径规划方案能够有效应对复杂环境下的规划任务。