移动机器人路径规划的研究

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路径规划算法是移动机器人研究领域的一个重要部分,同时也是移动机器人完成更高层任务的基础。其目的是使移动机器人在已知或未知环境下,快速准确地找出一条最短且无碰撞的合理路径。本文在分析了各种路径规划方法的优劣性基础上,结合本文所研究的依靠激光导航仪进行定位的移动机器人的优势,确立基于栅格法和遗传算法来解决移动机器人路径规划问题。首先,介绍了目前移动机器人的导航定位方式,简单比较了各种导航方式的优缺点及他们各自的适用范围。随后分析了移动机器人各种路径规划方法,确定了适用于本文所研究的移动机器人的路径规划方法。其次,介绍了激光导航定位仪的工作模式、定位原理和定位先决条件,提出了合理安装激光导航仪以及合理布置反光板方法,为后续研究奠定了基础。再次,根据激光导航仪的特点,对移动机器人工作环境进行建模,确定了在栅格化地图中障碍物标记方法和机器人移动方式。随后重点研究了基于遗传算法的路径规划方法。利用栅格号对路径进行编码,采用随机生成方式来构造初始种群,每条路径都是从起始点到目标点无障碍无间断的可行路径;并以路径最短条件作为适应度函数;利用赌轮盘法、单点交叉、单点变异对种群进行遗传操作。其中研究了遗传算法中种群大小、交叉概率和变异概率对其算法输出质量的影响,并进行了参数设定。同时,与其他路径规划方法进行比较,效果较为理想。最后,验证了本文所规划的路径可行性。对本文所研究的移动机器人进行运动学建模,利用人工驾驶和自动控制思想设计了前驱转向模糊控制器;其中以横向偏差和角度偏差作为输入,转向系数作为输出。并在Matlab-Simulink下进行建模仿真,仿真结构表明能够对本文所规划的路径进行良好的跟随。
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