移動機器人的避障與路徑規(guī)劃研究.pdf

1、移動機器人的研究和開發(fā)近年來受到了人們的高度重視,人們要求機器人在運動過程中能夠根據(jù)周圍環(huán)境的變化而自主的采取相應措施的能力也越來越強。因此,作為機器人智能的一個重要因素——避障與路徑規(guī)劃就顯得尤為重要,它是機器人研究領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一,是機器人進行其它高級任務(wù)的前提。
　　 移動機器人通過感知系統(tǒng)檢測外界環(huán)境信息,對這些信息進行處理后制定出行走路線,并在行進過程中躲避障礙物。本文以自制的輪式機器人為研究對象,對移動機器人的避障

2、與路徑規(guī)劃進行了研究,主要內(nèi)容如下:
　　 首先,對傳統(tǒng)人工勢場法進行了分析與研究。人工勢場法以其結(jié)構(gòu)簡單、直觀和易于實時性控制的特點,得到了廣泛的應用,但該方法自身也存在著固有的缺陷,即局部極小點問題。在傳統(tǒng)人工勢場法中的勢場函數(shù)啟發(fā)下,針對這些局部極小點問題,定義新規(guī)則下的人工勢場函數(shù),即改進人工勢場法,這種方法克服了傳統(tǒng)人工勢場法中存在的這些局部極小點問題。對機器人的避障控制進行了分析,包括信息的采集與處理,環(huán)境信息分類,

3、安全避障距離的選取原則,避開前方和側(cè)面障礙物的分析。
　　 其次,設(shè)計了以FPGA為主控芯片的避障系統(tǒng)硬件電路,包括FPGA最小系統(tǒng)板的設(shè)計,GPS定位模塊與地磁傳感器的選擇,測距電路的設(shè)計,電機驅(qū)動電路設(shè)計。采用GPS和地磁傳感器測量機器人的位置與航向信息;測距電路部分設(shè)計是為獲得機器人周圍的環(huán)境信息,其包括超聲波發(fā)射電路設(shè)計與超聲波接收電路設(shè)計以及紅外測距模塊的選擇。利用SOPC技術(shù)進行了系統(tǒng)的SOPC構(gòu)建,包括基本模塊的配

4、制與添加,自定制模塊的設(shè)計。為分擔NiosⅡ的負擔,獲得精準的中心頻率及精確的定時,對避障系統(tǒng)進行了性能優(yōu)化,其中包括超聲波測距模塊與紅外測距模塊的性能優(yōu)化。系統(tǒng)軟件設(shè)計部分包括GPS定位模塊與地磁傳感器數(shù)據(jù)的采集與處理程序,電機控制的軟件設(shè)計,以及實現(xiàn)避障與路徑規(guī)劃的軟件程序等。
　　 最后,對改進人工勢場法進行了Matlab仿真,仿真結(jié)果表明在改進勢場函數(shù)基礎(chǔ)上通過修改斥力方向的方法,可以解決傳統(tǒng)人工勢場法下的三個局部極小點