【摘 要】
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针对自主移动机器人在SLAM构建的栅格地图中的导航问题,本文研究机器人的全局路径规划以及局部路径规划。研究内容和创新点如下:1)基于改进粒子群优化算法的全局路径规划。为在栅格地图中寻找到一条安全且路径最短的全局最优路径,本文利用粒子群优化算法较强的寻优能力来实现机器人全局路径规划。针对传统的粒子群优化算法初始化粒子群分布不均匀的缺点,利用混沌映射对粒子群进行初始化,而且利用模拟退火算法可以有效跳出
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针对自主移动机器人在SLAM构建的栅格地图中的导航问题,本文研究机器人的全局路径规划以及局部路径规划。研究内容和创新点如下:1)基于改进粒子群优化算法的全局路径规划。为在栅格地图中寻找到一条安全且路径最短的全局最优路径,本文利用粒子群优化算法较强的寻优能力来实现机器人全局路径规划。针对传统的粒子群优化算法初始化粒子群分布不均匀的缺点,利用混沌映射对粒子群进行初始化,而且利用模拟退火算法可以有效跳出局部最优解的优势,将其与粒子群优化算法结合,从而避免陷入局部最优。进而提出基于改进粒子群优化算法的全局路径规划,搭建简单和复杂的栅格地图进行仿真,结果表明,基于改进的粒子群优化算法的路径规划方法具有更短的平均路径长,其路径规划能力更优。2)改进动态窗口法的局部路径规划。为提高机器人局部路径规划过程中的安全性,避免机器人与障碍物碰撞和陷入特殊的障碍物环境的情况。本文针对动态窗口法的安全性指标,提出改进的动态窗口法。为了避免机器人与障碍物发生碰撞,将机器人尺寸纳入考量,改进代表机器人与障碍物距离的评价指标,以保证安全距离;为了避免机器人陷入特殊障碍物环境,将全局最优路径作为参考轨迹,引入安全评价指标,以保证机器人行驶在安全的全局路径附近。仿真结果表明,改进的动态窗口法可以有效提高机器人局部路径规划过程中的安全性,改善机器人与障碍物碰撞和陷入特殊障碍物环境的情况,并提高了算法的实时性。3)ROS系统导航测试。为验证改进的全局路径规划算法和局部路径规划在实际环境中的运行效果,本文将两者在ROS系统中综合仿真,使用Gazebo搭建物理仿真环境,并利用hector-slam构建环境地图,通过ROS系统导航功能包,设计了综合改进全局路径规划和局部路径规划的机器人导航系统。测试结果表明,综合改进的全局路径规划和局部路径规划的导航系统具有良好的导航能力,可以完成在无障碍环境和复杂环境的导航。
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