割草機(jī)器人路徑規(guī)劃及避障算法的研究.pdf

1、隨著城市綠化進(jìn)程逐漸加快以及草坪業(yè)迅猛發(fā)展,每年城市草坪、高爾夫球場(chǎng)等公共綠地的修剪需要消耗大量的時(shí)間、資金和人力,因此研制出割草機(jī)器人,將勞動(dòng)力從高重復(fù)、枯燥的割草作業(yè)中解放出來已成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在割草機(jī)器人相關(guān)技術(shù)的研究中,路徑規(guī)劃是其研究的核心技術(shù)之一,而避障和全區(qū)域覆蓋則是路徑規(guī)劃中的重要環(huán)節(jié)。
　　 針對(duì)割草機(jī)器人全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃的問題,在首先通過分析幾種典型環(huán)境建模方法的基礎(chǔ)上,提出一種柵格法與拓?fù)鋱D法相結(jié)

2、合的策略,為割草機(jī)器人構(gòu)建環(huán)境模型,該方法簡(jiǎn)單、有效,具備兩者優(yōu)點(diǎn),特別適用于全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃。其次,對(duì)全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃問題進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)學(xué)描述和性能指標(biāo)分析,采用迂回式行走方式,結(jié)合遺傳算法,在未知環(huán)境中尋找一條性能最優(yōu)的路徑,使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)全區(qū)域覆蓋。在割草機(jī)器人實(shí)現(xiàn)全區(qū)域覆蓋的過程中,機(jī)器人既要高效、無遺漏、無重復(fù)地覆蓋整個(gè)區(qū)域,又要避開草坪內(nèi)的各種障礙物。針對(duì)割草機(jī)器人的避障問題,本文首先分析了幾種常用的避障路徑規(guī)劃方法,由于傳

3、統(tǒng)的人工勢(shì)場(chǎng)法存在局限性,使機(jī)器人易陷入局部極小,無法脫離障礙物順利達(dá)到目標(biāo)位置,因此本文提出了填平勢(shì)場(chǎng)與模擬退火算法相結(jié)合的策略對(duì)此進(jìn)行改進(jìn),并且從理論上說明改進(jìn)算法的可行性與有效性。
　　 為了驗(yàn)證改進(jìn)算法的合理性及實(shí)用性,本文針對(duì)全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃問題和避障問題分別進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),從仿真結(jié)果可以看出,遺傳算法不僅具備收斂性好、魯棒性高的優(yōu)點(diǎn),而且全局搜索能力強(qiáng),保證了機(jī)器人全區(qū)域覆蓋的可能性和有效性,提高了路徑規(guī)劃的質(zhì)量和