RoboCup小型組足球機(jī)器人路徑規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、路徑規(guī)劃是所有移動(dòng)機(jī)器人必須解決的核心問(wèn)題，包括解決沿著什么路徑到達(dá)目的地，采用什么速度、如何在指定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)時(shí)規(guī)劃、如何保證機(jī)器人在不違反自身運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律情況下跟隨規(guī)劃、如何檢測(cè)碰撞并避免碰撞、以及如何整定系統(tǒng)參數(shù)等諸多子問(wèn)題。經(jīng)過(guò)幾十年的研究與實(shí)踐，人們?cè)谝苿?dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃方面積累了大量的研究成果，但仍存在許多問(wèn)題有待深入研究。
　　 RoboCup即機(jī)器人世界杯足球錦標(biāo)賽，是一項(xiàng)國(guó)際比賽盛事。RoboCup小型組足球機(jī)器人

2、是RoboCup的主要項(xiàng)目之一，該項(xiàng)目對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高，是進(jìn)行路徑實(shí)時(shí)規(guī)劃研究的理想平臺(tái)。本文針對(duì)該項(xiàng)目技術(shù)要求進(jìn)行了路徑規(guī)劃關(guān)鍵問(wèn)題的研究和實(shí)驗(yàn)。取得的結(jié)果不僅可直接應(yīng)用于RoboCup各類比賽，而且還可應(yīng)用到機(jī)器人學(xué)等眾多領(lǐng)域相關(guān)問(wèn)題的求解。因此，研究工作具有重要理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了創(chuàng)新性研究：
　　 1)改進(jìn)了RoboCup小型組機(jī)器人碰撞檢測(cè)算法。碰撞檢測(cè)前，對(duì)障礙數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)

3、處理：機(jī)器人障礙使用圓形包圍盒，障礙物采用KD樹結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)。將包圍盒法和空間分割法組合起來(lái)，提出了基于KD樹和圓形包圍盒的碰撞檢測(cè)方法，該方法減少了系統(tǒng)進(jìn)行圓形包圍盒碰撞檢測(cè)的次數(shù)，降低了算法復(fù)雜度，加快了障礙檢測(cè)速度。
　　 2)改進(jìn)了隨機(jī)路徑規(guī)劃算法，提出基于邊界的隨機(jī)路徑規(guī)劃新算法BRRT，研究了障礙邊界表示、邊界點(diǎn)裁剪方法、以及算法工作流程和相關(guān)路徑平滑算法。對(duì)比了隨機(jī)路徑規(guī)劃算法改進(jìn)前后的時(shí)間消耗、規(guī)劃成功率、以及規(guī)劃路

4、徑長(zhǎng)度。實(shí)驗(yàn)表明改進(jìn)算法相比原算法時(shí)間消耗均勻，規(guī)劃成功率有所提高，規(guī)劃路徑長(zhǎng)度更短，一定程度提高了搜索效率，能有效提高機(jī)器人運(yùn)行平穩(wěn)性。
　　 3)為了保證機(jī)器人的良好運(yùn)動(dòng)性能、研究了RoboCup小型組足球機(jī)器人四輪協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的PI參數(shù)整定工作，基于遺傳算法提出了四輪協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的PI參數(shù)自動(dòng)智能整定新算法，設(shè)計(jì)了算法中的染色體編碼解碼方法、適應(yīng)度函數(shù)、遺傳算子。實(shí)驗(yàn)表明，該算法相比傳統(tǒng)的機(jī)器人整定方法能提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和參數(shù)整