室内全向自主移动机器人路径规划研究

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随着国防、工业、农业等领域对自动化生产技术需求的不断提高,移动机器人的地位和作用越来越举足轻重。机器人的智能化技术在可靠性、稳定性、高效性、适应性等方面的要求越来越高,移动机器人自主导航技术正面临着新的挑战。本文基于激光SLAM技术,针对移动机器人路径规划技术展开了系统性的研究,为该技术领域提供新的研究思路和理论支撑。首先,本文从宏观角度概括了移动机器人的发展历程,介绍了自主导航技术的功用以及技术组成,分别调研了国内外移动机器人的发展现状以及自主导航相关技术的研究现状,结合各行业对移动机器人自主导航技术的需求,论证了本课题对移动机器人领域所具有的重要研究意义。其次,本文通过对比不同种类地图模型的特点,筛选出了合适的地图模型——栅格地图,并设计了仿真栅格地图的构建方法,阐明了SLAM原理和SLAM系统概率模型,完成了不同初始粒子数量的RBPF-SLAM算法仿真测试,论证了初始粒子数量对RBPF-SLAM算法造成的误差影响。然后,本文针对移动机器人路径规划算法展开了详细的研究,其中,分别论述了传统Dijkstra算法、传统A*算法和DWA算法的原理,总结和分析了A*算法和DWA算法的局限性及其原因,并分别提出了A*算法、DWA算法的改进方案和两算法的融合方法,解决了A*算法规划效率低、路径复杂度强、路径不平滑的问题和DWA算法易陷入局部最优、路线冗长的问题,使用MATLAB建立仿真栅格地图,并完成了传统算法、改进算法和融合算法的仿真实验对比,、验证了本文改进算法和融合算法的正确性、有效性和优越性。最后,为进一步验证本文改进算法和融合算法的有效性和实用性,本文结合麦克纳姆轮运动底盘、树莓派控制板、STM32控制板、激光雷达、IMU惯性测量单元、脉冲式编码器等硬件设备和ROS机器人开发系统,搭建了全向移动机器人实验平台和两种室内自主导航实验环境,并分别在两种环境中完成了移动机器人SLAM和路径规划的实验测试。
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