基于激光測距儀的移動機器人障礙感知與避障策略研究.pdf

1、環(huán)境感知和自主避障是移動機器人研究領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)之一，是機器人完成其它高級任務(wù)的必要基礎(chǔ)。本文結(jié)合國家“863”計劃項目(2005AA404290)，以德國SICK公司生產(chǎn)的LMS200激光測距儀為主要的測距傳感器，以TJ-1移動機器人為平臺，圍繞障礙感知和自主避障而展開，從理論和實踐上進行了深入的研究和探討。首先在TJ-1機器人系統(tǒng)平臺的基礎(chǔ)上，建立了坐標系統(tǒng)模型、激光測距儀模型，并對激光測距儀的誤差進行了系統(tǒng)的分析和討論，對機器人

2、自主導(dǎo)航中的三個坐標系之間的坐標變換進行推導(dǎo)，以實現(xiàn)避障規(guī)劃中數(shù)據(jù)的相互變換。為減少數(shù)據(jù)的存儲量，提高系統(tǒng)的動態(tài)性能，使用環(huán)境特征數(shù)據(jù)來取代原始激光數(shù)據(jù)，對柵格法進行了改進，將環(huán)境信息以柵格的形式存儲改為以運動路徑的矢量方向存儲，提出了一種適合本系統(tǒng)的比較簡潔的環(huán)境建模方法——極坐標矢量法。采用適用于導(dǎo)航的識別障礙物群的方法提取出環(huán)境中的障礙物，應(yīng)用滾動視窗原理，隨著機器人的移動，實時的識別出視窗內(nèi)的障礙物，并將環(huán)境中相鄰的距離小于機器

3、人寬的障礙物進行合并，得到便于機器人導(dǎo)航的障礙物群。其次，對智能機器人的避障策略進行了研究，設(shè)計了包含緊急避障、精確規(guī)劃避障、模糊規(guī)劃避障、動態(tài)避障策略的控制結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠隨著環(huán)境特征的變化，自主地調(diào)整感知和規(guī)劃策略，以適應(yīng)不同的環(huán)境條件下障礙物避碰的要求。每種規(guī)劃策略都是基于極坐標空間，建立滾動窗口，利用傳感器探測到的局部環(huán)境信息，在每次局部規(guī)劃窗口內(nèi)規(guī)劃出機器人運動的子目標點，根據(jù)子目標點驅(qū)動機器人避開障礙物朝向目標點運動。最后，