移動機器人的路徑規(guī)劃及其運動控制器研究.pdf

1、移動機器人是機器人領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向，并且已經(jīng)越來越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、教育等人類社會的各個方面。而路徑規(guī)劃是移動機器人系統(tǒng)中的一個重要內(nèi)容，因為它的好壞直接影響到機器人所完成任務(wù)的質(zhì)量，所以路徑規(guī)劃成為移動機器人領(lǐng)域的一個研究熱點。 本文中移動機器人的路徑規(guī)劃，就是依據(jù)某個或某些優(yōu)化準(zhǔn)則(如工作代價最小、行走路線最短、行走時間最短等)，在其工作空間中找到一條從起始點到目標(biāo)點能避開所有障礙物的一條最優(yōu)路徑。

2、 本文首先討論了移動機器人的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及移動機器人的幾個研究方向，并著重介紹了路徑規(guī)劃技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及應(yīng)用方法，也指出了本課題的研究意義和主要研究的內(nèi)容。 其次通過對遺傳算法和模擬退火算法的研究，分析了各自的優(yōu)缺點。并把這兩個算法結(jié)合構(gòu)成了遺傳模擬退火算法，它兼?zhèn)淞撕軓姷娜趾途植克阉髂芰?，在變量?shù)目較大時尤其突出。 接著應(yīng)用遺傳模擬退火算法實現(xiàn)了移動機器人靜態(tài)環(huán)境下的路徑規(guī)劃。在執(zhí)行規(guī)劃程序之前先應(yīng)用頂點法建立

3、了機器人的工作環(huán)境，然后執(zhí)行基于遺傳模擬退火算法的路徑規(guī)劃算法。在此算法中：編碼方式采用簡化的實數(shù)編碼方法，把機器人的二維坐標(biāo)簡化為一維，加快了機器人最優(yōu)路徑的搜索速度；初始化方法采用大范圍初始化，并在初始化中加入了選擇機制，使初始點避開障礙物區(qū)域；通過綜合考慮路徑的可行性、路徑的光滑性和路徑長度，制定了有效的適應(yīng)度函數(shù)；選擇策略采用比例選擇法；交叉算子采用非對稱單點交叉策略；變異算子首先采用啟發(fā)式變異，先把所有的路徑優(yōu)化成可行路徑，然

4、后在每條路徑上隨機選擇一個變異點，最后對此點以概率Pm進行變異。模擬退火中的隨機移動準(zhǔn)則采用Metropolis準(zhǔn)則；也使用了有效的溫度更新函數(shù)。通過在VC++中的仿真證明：采用遺傳模擬退火方法進行機器人的路徑規(guī)劃是有效的和可行的。 然后應(yīng)用遺傳算法對移動機器人動態(tài)環(huán)境下的路徑規(guī)劃進行了仿真。由于動態(tài)環(huán)境要求有較快的實時運算速度，所以采用遺傳算法進行規(guī)劃。與靜態(tài)環(huán)境下所不同的是：動態(tài)環(huán)境下要實時的確定一個中間目標(biāo)點；在制定適應(yīng)度