基于奔向虛擬目標(biāo)的移動(dòng)機(jī)器人行為協(xié)調(diào)避障方法研究.pdf

1、隨著技術(shù)的革新，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，人們對(duì)于帶有環(huán)境感知、自主規(guī)劃路徑的自主式移動(dòng)機(jī)器人需求不斷增加，自主式移動(dòng)機(jī)器人逐漸成為機(jī)器人研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問(wèn)題受到廣泛研究。由于未知環(huán)境中有可能存在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的障礙物，避障規(guī)劃算法應(yīng)該能保證自主式移動(dòng)機(jī)器人無(wú)碰撞的完成預(yù)定的任務(wù)。因此未知環(huán)境中障礙物的建模方法及機(jī)器人對(duì)未知環(huán)境中靜態(tài)、動(dòng)態(tài)障礙物的避障規(guī)劃成為必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。同時(shí)，避障規(guī)劃算法能夠在完成避障的同時(shí)保證機(jī)器人的軌跡盡可能的

2、平滑，減少機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)。針對(duì)以上問(wèn)題，本文開(kāi)展以下工作：
　　首先，針對(duì)未知環(huán)境中障礙物的建模問(wèn)題，結(jié)合極坐標(biāo)矢量法的原理，對(duì)機(jī)器人通過(guò)激光測(cè)距儀所獲得的信息進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。首先對(duì)機(jī)器人的局部環(huán)境進(jìn)行建模，然后對(duì)局部環(huán)境中的障礙物進(jìn)行建模，獲得初步的障礙物的集合，對(duì)兩障礙物間距小于安全距離的兩障礙物進(jìn)行合并處理，獲得最終的障礙物模型，該方法具有數(shù)據(jù)處理方便且存儲(chǔ)量小的優(yōu)點(diǎn)。
　　其次，針對(duì)機(jī)器人對(duì)運(yùn)動(dòng)障礙物的避障過(guò)程中轉(zhuǎn)向能

3、力過(guò)小的問(wèn)題，在現(xiàn)有行為動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上結(jié)合障礙物的速度信息進(jìn)一步提高機(jī)器人的轉(zhuǎn)向能力。同時(shí)針對(duì)滿足一定條件下的運(yùn)動(dòng)障礙物，現(xiàn)有行為動(dòng)力學(xué)方法使得機(jī)器人可能出現(xiàn)無(wú)法成功避開(kāi)運(yùn)動(dòng)障礙物的問(wèn)題，在提出運(yùn)動(dòng)障礙物劃分條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有行為動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)新的避障行為：奔向虛擬目標(biāo)行為和運(yùn)動(dòng)障礙物避障行為，在同一仿真環(huán)境下，通過(guò)MATLAB仿真進(jìn)行對(duì)比說(shuō)明所提出改進(jìn)及新的避障行為能夠在保證安全距離的條件下安全避開(kāi)障礙物。
　　最后，

4、針對(duì)避障過(guò)程中的行為協(xié)調(diào)問(wèn)題，解決現(xiàn)有基于競(jìng)爭(zhēng)的行為協(xié)調(diào)方法，無(wú)法對(duì)行為進(jìn)行擴(kuò)展的不足，及競(jìng)爭(zhēng)交互因子、競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)因子和弛豫時(shí)間參數(shù)選擇較為困難的缺點(diǎn)，提出粒子群算法進(jìn)行行為協(xié)調(diào)，設(shè)計(jì)合適的評(píng)價(jià)函數(shù)。通過(guò)改變行為權(quán)值的大小影響評(píng)價(jià)函數(shù)中機(jī)器人方向角的大小。適應(yīng)度函數(shù)綜合考慮機(jī)器人目標(biāo)方向角、障礙物方向角、其他機(jī)器人方向角以及機(jī)器人與障礙物距離的因素。與采用基于競(jìng)爭(zhēng)的協(xié)調(diào)方法通過(guò)同一仿真環(huán)境下的對(duì)比證實(shí)采用粒子群的行為協(xié)調(diào)方法能夠使機(jī)器人避