基于直線地圖的機器人運動規(guī)劃問題研究.pdf

1、隨著計算機科學(xué)和傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，人們對移動機器人的研究也向著智能化的方向發(fā)展。移動機器人實現(xiàn)智能化的基本要求是自主地運動規(guī)劃，而運動規(guī)劃的基礎(chǔ)是地圖構(gòu)建，所以地圖構(gòu)建和運動規(guī)劃是機器人領(lǐng)域重要的研究內(nèi)容。移動機器人通過自身攜帶的傳感器感知周圍環(huán)境信息，構(gòu)建環(huán)境地圖描述環(huán)境，并在此基礎(chǔ)上規(guī)劃出能夠避開障礙物的可行路徑，進而在初始位置和目標(biāo)位置之間搜索出一條最短路徑，最后跟蹤該最短路徑實現(xiàn)從初始位置到目標(biāo)位置的移動。本文主要研究了有障

2、礙物環(huán)境下基于直線地圖的機器人運動規(guī)劃問題。機器人能夠以激光傳感器實時檢測環(huán)境信息，構(gòu)建直線地圖描述環(huán)境，然后采用Fortune提出的Sweep Line算法生成Voronoi圖，并利用Dijkstra算法在Voronoi圖中搜索出從當(dāng)前位置到目標(biāo)位置的最短路徑作為下一步運動的參考路徑，最終跟蹤參考路徑到達目標(biāo)位置。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴建立了以直線段為拓撲特征的環(huán)境地圖模型。利用激光傳感器獲取環(huán)境信息，設(shè)計了直線段生成、匹

3、配、擬合等算法。將采集到的點的信息生成直線段，并將該直線段與全局地圖中已有的直線段進行匹配，如果匹配成功，則將這兩條直線段擬合生成的新的直線段導(dǎo)入到全局地圖中;如果匹配不成功，說明該線段之前未被檢測，則直接將它導(dǎo)入到全局地圖中，實現(xiàn)地圖的更新。⑵基于直線地圖環(huán)境模型生成描述環(huán)境信息的Voronoi圖，并以Voronoi圖為基礎(chǔ)搜索生成機器人可行避障最短路徑。論文研究了直線地圖生成Voronoi圖的方法，設(shè)計了快速生成算法;基于Voron

4、oi圖，結(jié)合Dijkstra方法設(shè)計了參考路徑的搜索算法;最后編程實現(xiàn)了相關(guān)算法，進行了實驗驗證。⑶在得到參考短路徑后，論文采用Line-of-Sight(LOS)算法跟蹤該路徑，LOS算法將路徑跟蹤問題簡化為角度跟蹤問題。設(shè)計了PD控制器來跟蹤LOS角度，最終控制機器人運動到目標(biāo)點。⑷基于設(shè)計的環(huán)境地圖建模方法、Voronoi圖生成算法、路徑搜索算法和跟蹤方法，利用C++編程實現(xiàn)了機器人在有障礙物環(huán)境下的運動規(guī)劃功能，并在Mobile