基于ROS的医用配送机器人路径规划与仿真

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医用配送机器人作为医疗系统自动化的重要组成部分之一,其广泛的应用很大程度上减少了医院在这一方面上人力、物力的投入,从而提升了医院的工作效率。本文以课题组自主设计的医用配送机器人为研究对象,针对机器人路径规划性能和自主导航速度指令导致运行过程中产生的效率和平稳性问题,考虑医用配送机器人的底盘驱动形式,对移动机器人路径规划算法进行研究,提出一种传统RRT与人工势场混合改进的路径规划算法以实现医用配送机器人的自主导航性能的提升,同时分析优化自主导航功能下发的速度指令以提升医用配送机器人的运动稳定性,通过实验验证上述方法的可行性和先进性,实现医用配送机器人工作性能的优化。本文的主要研究内容如下:(1)对医用配送机器人进行运动学分析建模以及仿真验证运动学模型的正确性,实现医用配送机器人在ROS中的可视化以及对自主导航功能开发所需的ROS环境配置。(2)对医用配送机器人进行动力学分析建模,探索不同载荷、不同运动状态下相关参数之间的关系,使用MATLAB-ROS通信获取自主导航功能下发的速度指令信息,分析速度指令中线速度和角速度的曲线,提出滑动平均法优化速度指令,避免医用配送机器人在自主导航过程中出现的急加速、急减速、急转弯等情况,从而提升整体的运动稳定性。(3)针对传统RRT算法存在的不确定性、冗余节点多、耗费计算资源、临近目标点时收敛速度慢等问题展开研究,引入目标点偏向策略、势力场模型、距离度量函数、动态扩展步长策略,实现混合改进算法在搜索时间代价、路径长度代价、算法迭代次数等方面的优化。(4)基于Gazebo搭建医用配送机器人的仿真实验平台,完成三维虚拟环境和医用配送机器人虚拟平台的搭建与耦合,搭建好仿真实验平台后,使用开源的Gmapping算法实现SLAM地图的构建,为混合改进路径规划算法的验证做准备,最后通过实验验证。经过上述混合改进,医用配送机器人在运行效率和运动稳定性方面的性能均有提升。本文的研究为医院环境下的医用配送机器人的运动控制提供了技术方案,为其它领域的移动机器人运动控制技术的深入研究提供了一定的参考。
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