發(fā)布時(shí)間：2020-06-15 15:08

【摘要】：在機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)研究中,路徑規(guī)劃是自主移動機(jī)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(zhǔn)則(工作代價(jià)最小、路徑最短、時(shí)間最短),在機(jī)器人的工作空間中尋找一條從起始位置到目標(biāo)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(jī)樹)局部路徑規(guī)劃算法存在的問題進(jìn)行分析并改進(jìn),并在MATLAB軟件平臺和ROS(Robot operating system,機(jī)器人開源操作系統(tǒng))對算法進(jìn)行驗(yàn)證。首先介紹了自主移動機(jī)器人的研究背景,簡要介紹了國內(nèi)外自主移動機(jī)器人的研究現(xiàn)狀,綜述了自主移動機(jī)器人導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)和研究熱點(diǎn)。其次綜述了 TurtleBot2機(jī)器人導(dǎo)航中使用的關(guān)鍵技術(shù)—SLAM(Simultaneous localization and mapping,實(shí)時(shí)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(diǎn),論文使用改進(jìn)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(biāo)區(qū)域探索路徑,存在收斂速度慢、規(guī)劃路徑過長的缺點(diǎn)。論文提出一種改進(jìn)的RRT路徑規(guī)劃算法,該算法結(jié)合目標(biāo)偏向策略,使算法快速向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收斂;對選取節(jié)點(diǎn)的度量函數(shù),加入了角度的影響;同時(shí)引入貪心剪枝策略,對冗余節(jié)點(diǎn)進(jìn)行剪枝,提高了路徑規(guī)劃算法的效率;通過MATLAB仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該算法的有效性。為了驗(yàn)證改進(jìn)的RRT路徑規(guī)劃算法在機(jī)器人實(shí)際導(dǎo)航中的可行性,論文基于ROS搭建整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的整體架構(gòu),同時(shí)以TurtleBot2機(jī)器人和激光雷達(dá)RPLIDARA2作為實(shí)驗(yàn)的硬件平臺,在靜態(tài)障礙的環(huán)境中對系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航測試。機(jī)器人在未知環(huán)境中,采用SLAM技術(shù)準(zhǔn)確自定位和構(gòu)建周圍環(huán)境的先驗(yàn)地圖,然后根據(jù)先驗(yàn)地圖,TurtleBot2機(jī)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新局部地圖并估計(jì)自身的位姿,準(zhǔn)確、快速、安全的到達(dá)目標(biāo)位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:改進(jìn)的算法在實(shí)際機(jī)器人的導(dǎo)航中具有可行性。
【學(xué)位授予單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(gè)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(jī)器人平移和旋轉(zhuǎn)；前后兩輪作為從動輪，用于保持機(jī)身穩(wěn)定。逡逑ＴｕｒｔｌｅＢｏｔ２機(jī)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(jī)器人的運(yùn)動模型逡逑本文中的機(jī)器人ＴｕｒｔｌｅＢｏｔ２是差速驅(qū)動機(jī)器人，差速控制方式使機(jī)器人的轉(zhuǎn)向比較逡逑靈活，保證了機(jī)器人在旋轉(zhuǎn)的過程中無滑移摩擦。當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度不為零，機(jī)器人的運(yùn)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(jī)器人的運(yùn)動模型：假設(shè)在［Ｕ＋１］時(shí)間間隔內(nèi)，機(jī)器人在Ｒ＋Ｌ為半徑的圓逡逑形軌跡上移動，且機(jī)器人中心ｐ到位置ｑ的移動距離為Ａｓ，機(jī)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(jī)器兩軸的軸半徑，Ｒ表示機(jī)器人逡逑運(yùn)動軌跡的移動半徑。雙輪差速機(jī)器人的運(yùn)動軌跡示意圖如圖２．２所示：逡逑８逡逑

雷達(dá)ＲＡＰＬＩＤＡＲＡ２傳感器對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，該傳感器不僅測力強(qiáng)。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(jī)械部分和電源供電部分。當(dāng)激光雷達(dá)啟動時(shí)，激光測距核轉(zhuǎn)頻率默認(rèn)為１０Ｈｚ，且自身裝有轉(zhuǎn)速檢測和自適應(yīng)系統(tǒng)，當(dāng)描時(shí)，角分辨率會自動隨著實(shí)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(jī)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(jī)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(jī)器人底座ｋｏｂｕｋｉ，獲取ＲＰＬＩＤＡＲＡ２的掃描測距數(shù)據(jù)。逡逑

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4 徐博;徐e

本文編號：2714594