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圖中搜索出從當前位置到目標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