基于激光測(cè)距儀的移動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人研究領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)之一，是機(jī)器人完成其它高級(jí)任務(wù)的必要基礎(chǔ)。本文結(jié)合國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目(2005AA404290)，以德國SICK公司生產(chǎn)的LMS200激光測(cè)距儀為主要的測(cè)距傳感器，以TJ-1移動(dòng)機(jī)器人為平臺(tái)，圍繞障礙感知和自主避障而展開，從理論和實(shí)踐上進(jìn)行了深入的研究和探討。首先在TJ-1機(jī)器人系統(tǒng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，建立了坐標(biāo)系統(tǒng)模型、激光測(cè)距儀模型，并對(duì)激光測(cè)距儀的誤差進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和討論，對(duì)機(jī)器人

2、自主導(dǎo)航中的三個(gè)坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換進(jìn)行推導(dǎo)，以實(shí)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(chǔ)量，提高系統(tǒng)的動(dòng)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(duì)柵格法進(jìn)行了改進(jìn)，將環(huán)境信息以柵格的形式存儲(chǔ)改為以運(yùn)動(dòng)路徑的矢量方向存儲(chǔ)，提出了一種適合本系統(tǒng)的比較簡(jiǎn)潔的環(huán)境建模方法——極坐標(biāo)矢量法。采用適用于導(dǎo)航的識(shí)別障礙物群的方法提取出環(huán)境中的障礙物，應(yīng)用滾動(dòng)視窗原理，隨著機(jī)器人的移動(dòng)，實(shí)時(shí)的識(shí)別出視窗內(nèi)的障礙物，并將環(huán)境中相鄰的距離小于機(jī)器

3、人寬的障礙物進(jìn)行合并，得到便于機(jī)器人導(dǎo)航的障礙物群。其次，對(duì)智能機(jī)器人的避障策略進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了包含緊急避障、精確規(guī)劃避障、模糊規(guī)劃避障、動(dòng)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(biāo)空間，建立滾動(dòng)窗口，利用傳感器探測(cè)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(jī)器人運(yùn)動(dòng)的子目標(biāo)點(diǎn)，根據(jù)子目標(biāo)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人避開障礙物朝向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。最后，