仿人背抱移乘护理机器人室内路径规划策略研究

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为解决下肢行动不便人士的移乘问题,帮助他们实现在家庭环境中床、轮椅、沙发、厕所马桶等生活器具之间的移动,室内智能移乘护理机器人需要完成从任意初始点、任意起始位姿开始,将人无碰撞、安全运送至目标点,并且在运送过程中完成机器人头尾前进方向转换等任务,这些都对机器人的路径规划能力提出了要求。鉴于此,本文采用分段式路径规划方法,通过对中间转换位姿的恰当选择,使得机器人在有限室内空间内的转向角度范围得到了有效改善,显著减少了位姿调整次数及调整频率。同时在基于VFH算法的基础上,改善其动态避障能力提高实时性。最后,结合实验验证了本文方法的有效性和实用性。本文实验平台基于一种仿人背抱移乘护理机器人,首先介绍了此机器人的机械功能模块和工作过程,通过对其工作过程的分析以及功能要求,把机器人分成4个功能模块,即识别模块、移动模块、抱人模块和导航模块。而抱人模块对机器人路径规划没有影响,主要对其他3个功能模块做介绍和分析。然后根据机器人功能要求,提出相适应的路径规划策略。该策略为在整个运动过程中找到一个中间位姿点,在中间点完成位姿朝向的调整,从而把运动过程分为2个连续的路径规划过程。然后介绍了中间点位姿的选取,通过合理的坐标选取简化路径的复杂程度,同时选择合理的中间点的角度,减少运动过程中的位姿变化范围。为了保证被护理人乘坐的舒适性,研究了机器人航向角与速度的关系,通过对速度的调节来降低航向角变化率。同时为了保证机器人运动过程的平稳性,研究了机器人的全局路径规划A*算法和局部路径规划VFH算法。对VFH算法中栅格的划分、直方图的构建以及阈值的确定进行改进,改善其动态避障能力。研究了转弯时转向半径与轨迹的关系,合理的选择转弯半径来保证机器人的平滑运动。通过实验验证机器人路径规划方法的合理性。通过仿真软件对机器人的运动过程进行仿真,分析其运动路径验证运动模式的合理性。在实际机器人平台下进行实验,记录其位姿调整次数、运动时长和行驶距离,分析数据验证路径规划模式的有效性。
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