基于空间约束的路径规划与视景仿真研究

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在经济全球化和信息化的推动下,现代物流技术已经成为一个包含机械学、计算机科学、管理工程学和自动控制技术等多学科融合的技术,自动导引小车(AGV)正是现代物流技术的典型代表。作为物流配送过程中的关键问题之一,车辆路径规划问题(VRP)是指AGV按照某一性能指标(如距离、时间、能量等)搜索一条从起始点到目标点的最优或次优安全路径,因此它主要涉及的问题包括:如何利用已知AGV工作环境信息建立一个合理的模型,利用某种算法寻找一条从起始点到目标点的最优或者次优安全路径。本文首先对AGV的全局路径规划方法进行了研究。在工作环境已知的情况下,按照一定简化规则得到AGV运行环境的电子地图数据,从而对运行环境进行建模,再利用voronoi图对环境进行划分,最后采用dijkstra最优搜索算法为AGV寻找到一条威胁代价最小情况下的粗略最短路径。考虑到AGV的动力学约束,利用B样条曲线对粗略最短路径进行平滑和修正,得到最终全局优化路径。提出在利用二维仿真对路径规划算法进行理论验证的基础上,利用视景仿真(Scene Simulation)技术,模拟AGV运行的整个场景和AGV随时间变化的运行状态,从而对先期的理论算法进行检验和评估。在三维视景仿真软件Vega中,利用Hermite曲线对全局优化路径上的关键点进行拟合,构建平滑的曲线,从而根据曲线上点的位置坐标和欧拉角(x,y,z,h,p,r)来控制AGV的连续运动。对于路径规划与视景仿真的交互方法,本文对数据接口的定义,特殊效果、声效的模拟,人机交互的方法分别进行了详细的阐述,并对将Opengl引入到Vega开发环境的一些关键技术和方法进行了相关的研究。最后介绍了自动导引小车(AGV)运动视景仿真系统的体系结构和视景仿真的实验效果。仿真结果表明:自动导引小车(AGV)在按照全局路径规划求解得到的路径运动过程中,没有与障碍物等空间约束发生碰撞等事故,从而验证了全局路径规划算法的正确性。因此,利用视景仿真系统,能够使设计人员在虚拟场景中得到形象、直观、准确的信息,对基于voronoi图的路径规划理论和算法进行检验,从而提升了理论和算法在现实中的工程应用价值。
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