發(fā)布時間：2020-06-15 15:08

【摘要】：在機器人導(dǎo)航技術(shù)研究中,路徑規(guī)劃是自主移動機器人研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容之一路徑規(guī)劃按照某種優(yōu)化準則(工作代價最小、路徑最短、時間最短),在機器人的工作空間中尋找一條從起始位置到目標位置的無碰撞最優(yōu)或次優(yōu)路徑。論文針對RRT(Rapidly-Exploring Random Tree,快速搜索隨機樹)局部路徑規(guī)劃算法存在的問題進行分析并改進,并在MATLAB軟件平臺和ROS(Robot operating system,機器人開源操作系統(tǒng))對算法進行驗證。首先介紹了自主移動機器人的研究背景,簡要介紹了國內(nèi)外自主移動機器人的研究現(xiàn)狀,綜述了自主移動機器人導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)和研究熱點。其次綜述了 TurtleBot2機器人導(dǎo)航中使用的關(guān)鍵技術(shù)—SLAM(Simultaneous localization and mapping,實時定位和建圖)技術(shù),全局路徑規(guī)劃算法A*、Dijkstra和局部路徑規(guī)劃算法DWA(Dynammic Windows Approach,動態(tài)窗口法)。針對DWA算法容易陷入極小值以及在復(fù)雜的環(huán)境下算法的成功率較低的缺點,論文使用改進的RRT算法作為TurtleBot2導(dǎo)航中的局部路徑規(guī)劃算法。在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境,RRT路徑規(guī)劃算法向目標區(qū)域探索路徑,存在收斂速度慢、規(guī)劃路徑過長的缺點。論文提出一種改進的RRT路徑規(guī)劃算法,該算法結(jié)合目標偏向策略,使算法快速向目標節(jié)點收斂;對選取節(jié)點的度量函數(shù),加入了角度的影響;同時引入貪心剪枝策略,對冗余節(jié)點進行剪枝,提高了路徑規(guī)劃算法的效率;通過MATLAB仿真實驗,驗證了該算法的有效性。為了驗證改進的RRT路徑規(guī)劃算法在機器人實際導(dǎo)航中的可行性,論文基于ROS搭建整個導(dǎo)航系統(tǒng)的整體架構(gòu),同時以TurtleBot2機器人和激光雷達RPLIDARA2作為實驗的硬件平臺,在靜態(tài)障礙的環(huán)境中對系統(tǒng)進行導(dǎo)航測試。機器人在未知環(huán)境中,采用SLAM技術(shù)準確自定位和構(gòu)建周圍環(huán)境的先驗地圖,然后根據(jù)先驗地圖,TurtleBot2機器人自主從起始位置出發(fā),在移動的過程中根據(jù)傳感器測量到的實時數(shù)據(jù)更新局部地圖并估計自身的位姿,準確、快速、安全的到達目標位置。實驗結(jié)果表明:改進的算法在實際機器人的導(dǎo)航中具有可行性。
【學位授予單位】：長沙理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP242
【圖文】：

和可裝卸的硬件模塊組成；ＹｕｊｉｎＫｏｂｕｋｉ移動底座裝有４個輪子，其中底座的左右兩輪逡逑子作為驅(qū)動輪，用于驅(qū)動機器人平移和旋轉(zhuǎn)；前后兩輪作為從動輪，用于保持機身穩(wěn)定。逡逑ＴｕｒｔｌｅＢｏｔ２機器人的整體結(jié)構(gòu)如圖２．１所示。在Ｋｏｂｕｋｉ移動底座上有三層支架面板，逡逑Ｋｉｎｅｃｔ傳感器放在支架面板的第三層，上網(wǎng)本電腦放在第二層。逡逑Ｉ邐ｉ逡逑增ｆ逡逑圖２．１邋ＴｕｔｔｌｅＢｏｔ２整體結(jié)構(gòu)逡逑２．１．２差速驅(qū)動機器人的運動模型逡逑本文中的機器人ＴｕｒｔｌｅＢｏｔ２是差速驅(qū)動機器人，差速控制方式使機器人的轉(zhuǎn)向比較逡逑靈活，保證了機器人在旋轉(zhuǎn)的過程中無滑移摩擦。當旋轉(zhuǎn)速度不為零，機器人的運動軌逡逑跡是一段一段的直線或者圓弧表示的的軌跡［２３］。逡逑差速控制機器人的運動模型：假設(shè)在［Ｕ＋１］時間間隔內(nèi)，機器人在Ｒ＋Ｌ為半徑的圓逡逑形軌跡上移動，且機器人中心ｐ到位置ｑ的移動距離為Ａｓ，機器人的左輪和右輪的相對逡逑移動距離分別為ＡｓｄＤＡｓｒ，移動的角度為Ａ０，Ｌ表示機器兩軸的軸半徑，Ｒ表示機器人逡逑運動軌跡的移動半徑。雙輪差速機器人的運動軌跡示意圖如圖２．２所示：逡逑８逡逑

雷達ＲＡＰＬＩＤＡＲＡ２傳感器對環(huán)境進行監(jiān)測，該傳感器不僅測力強。逡逑統(tǒng)構(gòu)成逡逑ＴＥＣ公司研發(fā)的ＲＡＰＬＩＤＡＲ邋Ａ２系統(tǒng)主要包括激光測距核心、的機械部分和電源供電部分。當激光雷達啟動時，激光測距核轉(zhuǎn)頻率默認為１０Ｈｚ，且自身裝有轉(zhuǎn)速檢測和自適應(yīng)系統(tǒng)，當描時，角分辨率會自動隨著實際的旋轉(zhuǎn)頻率做出相應(yīng)的調(diào)整。Ｒ維平面的８米半徑范圍內(nèi)３６０度全方位掃描，得到機器人所在系統(tǒng)主要應(yīng)用于環(huán)境掃描和２Ｄ匹配、障礙物的檢測、機器人．５所示，本文中使用的開發(fā)套裝ＲＰＬＩＤＡＲＡ２的通訊接口邋ＯＪＳ機器人底座ｋｏｂｕｋｉ，獲�。遥校蹋桑模粒遥粒驳膾呙铚y距數(shù)據(jù)。逡逑

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4 徐博;徐e

本文編號：2714594