視感知下的空地協(xié)同路徑規(guī)劃算法研究.pdf

1、近年來(lái)，伴隨著智能機(jī)器人領(lǐng)域的快速發(fā)展，種類繁多的智能機(jī)器人按照不同的分工融入了我們的日常生活和生產(chǎn)。智能機(jī)器人在各行各業(yè)中扮演著越來(lái)越重要的角色。同時(shí)也為人類帶來(lái)了極大的便利與解放[1]。尤其是在電力系統(tǒng)行業(yè)，各類巡檢以及救援機(jī)器人代替工作人員在高電壓高輻射的環(huán)境中作業(yè)，在提高工作效率的同時(shí)保證了電力行業(yè)工作人員的人身安全[2]。作為智能機(jī)器人中至關(guān)重要的一環(huán)，移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航與定位的研究?jī)r(jià)值毋庸置疑[3]。其中，對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)

2、劃算法的研究確保了機(jī)器人在各類約束條件下自主判斷是否存在由起點(diǎn)至終點(diǎn)的最優(yōu)路徑。
　　本文針對(duì)視感知下的空地協(xié)同路徑規(guī)劃問(wèn)題，分為了規(guī)劃區(qū)域尺度可變的局部路徑規(guī)劃，三維空間中和躲避動(dòng)態(tài)障礙物的路徑規(guī)劃問(wèn)題，以及視感知下的空地協(xié)同路徑規(guī)劃三個(gè)子問(wèn)題逐步展開(kāi)研究，主要工作包含以下三個(gè)方面：
　　(1)對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，按照規(guī)劃的范圍來(lái)分，可以分為局部路徑規(guī)劃和全局路徑規(guī)劃。其中局部實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃對(duì)機(jī)器人在未知環(huán)境下的導(dǎo)航至關(guān)重要

3、。然而，目前絕大多數(shù)局部路徑規(guī)劃都是在一個(gè)固定大小的局部范圍內(nèi)進(jìn)行的。在一些情況下，這種規(guī)劃區(qū)域尺度固定的路徑規(guī)劃會(huì)造成規(guī)劃時(shí)間和資源的浪費(fèi)。因此，本文了提出一種規(guī)劃區(qū)域尺度可變的局部路徑規(guī)劃算法，使機(jī)器人可根據(jù)將要行進(jìn)區(qū)域內(nèi)障礙物的數(shù)量來(lái)決定規(guī)劃區(qū)域的大小。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，移動(dòng)機(jī)器人能夠以更有效的方式來(lái)規(guī)劃路徑。另外，所提算法在交通道路地圖中的也有較好應(yīng)用。
　　(2)目前，伴隨著移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)的飛速發(fā)展，僅針對(duì)二維平面內(nèi)的路

4、徑規(guī)劃算法研究，已經(jīng)無(wú)法滿足一些特定類型的機(jī)器人(空中無(wú)人機(jī)、水下機(jī)器人等)的規(guī)劃需求。因此，本文提出了移動(dòng)機(jī)器人在三維空間中的路徑規(guī)劃算法，新的維度提高了找到更短路徑的可能。另外，之前的研究都是在靜態(tài)環(huán)境中進(jìn)行的，而實(shí)際環(huán)境中，移動(dòng)機(jī)器人往往會(huì)遇到動(dòng)態(tài)障礙物。因此，本文提出了一種移動(dòng)機(jī)器人在包含動(dòng)態(tài)障礙物環(huán)境中的實(shí)時(shí)局部路徑規(guī)劃算法。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，移動(dòng)機(jī)器人在規(guī)劃路徑的同時(shí)，具有實(shí)時(shí)躲避動(dòng)態(tài)障礙物的能力。
　　(3)在未知環(huán)

5、境中，地面機(jī)器人受制于自身感知周圍環(huán)境的能力的限制。在一些情況下，地面機(jī)器人會(huì)陷入障礙物的包圍而不自知，這種情況下，需要浪費(fèi)更多的時(shí)間和路程才能掙脫困境到達(dá)目的地。因此，為了避免這類情況的發(fā)生，本文提出了一種視感知下的空地協(xié)同路徑規(guī)劃算法，使用空中無(wú)人機(jī)為地面機(jī)器人提供高空視野。在地面機(jī)器人啟動(dòng)之前，無(wú)人機(jī)通過(guò)所搭載的視覺(jué)傳感器掃描地面機(jī)器人將要行駛的未知環(huán)境，并將障礙物信息告知地面機(jī)器人。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)人機(jī)掃描范圍越大，提供的環(huán)