【摘要】：路徑規(guī)劃是機(jī)器人運(yùn)動規(guī)劃的主要研究內(nèi)容之一。路徑規(guī)劃的任務(wù)是使機(jī)器人在作業(yè)環(huán)境中尋求一條從起點(diǎn)到終點(diǎn)的最優(yōu)路徑�，F(xiàn)有路徑規(guī)劃的研究中,通常將環(huán)境分為可通過和不可通過兩類區(qū)域。對應(yīng)于常用的柵格建模法,即自由柵格和障礙柵格。然而,在移動機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)的現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境中,并非只包括“自由”和“障礙”兩類屬性單一的區(qū)域,許多區(qū)域模糊地介于二者之間。同樣是自由柵格,由于環(huán)境特征(如地形等)不同,通過的代價也可能不同;同樣是障礙柵格,有些在任務(wù)執(zhí)行時可以也應(yīng)該突破的,有些則是必須避開的。本文基于移動機(jī)器人作業(yè)環(huán)境特征的模糊特性,提出廣義障礙的概念,進(jìn)一步研究了廣義障礙環(huán)境下移動機(jī)器人路徑規(guī)劃的建模及規(guī)劃算法,主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)針對移動機(jī)器人作業(yè)環(huán)境特征的模糊特性,給出了廣義障礙的定義與建模方法。基于特殊地形的特征參數(shù),通過模糊隸屬度函數(shù)獲得這類障礙的通過代價;通過柵格建模法建立廣義障礙模型。(2)對靜態(tài)環(huán)境下的特殊地形與破障任務(wù),提出了廣義障礙下混合勢場蟻群算法的離線規(guī)劃算法。利用人工勢場法改進(jìn)蟻群算法相關(guān)要素;并結(jié)合群智能優(yōu)化算法的迭代特點(diǎn),提出一種種群迭代的交叉優(yōu)化策略。(3)對未知動態(tài)環(huán)境,提出了一種廣義障礙下生物激勵神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的在線規(guī)劃算法。移動機(jī)器人以虛擬目標(biāo)作為尋優(yōu)依據(jù)并利用滾動優(yōu)化方式;采用直覺模糊集與多屬性決策方法建立動態(tài)障礙的威脅評估模型;并且提出一種導(dǎo)向掃描的神經(jīng)元激勵傳遞方式,較好地傳遞神經(jīng)元激勵。(4)對廣義障礙建模方法以及規(guī)劃算法進(jìn)行了仿真試驗(yàn)驗(yàn)證。在Matlab2014b平臺上使用編程語言搭建了用于路徑規(guī)劃仿真的可視化界面,并進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)分析。試驗(yàn)結(jié)果表明與傳統(tǒng)障礙模型進(jìn)行的路徑規(guī)劃相比,本文提出的廣義障礙下的離線路徑規(guī)劃算法得到的路徑更短更平滑,也能得到更合理更優(yōu)的規(guī)劃路徑;本文提出的廣義障礙下在線路徑規(guī)劃算法可有效規(guī)避不同速度的動態(tài)障礙物,在未知動態(tài)障礙物動機(jī)的環(huán)境下具有更好的規(guī)劃能力。
【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP242
【圖文】：

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文研究現(xiàn)狀器人路徑規(guī)劃建模研究現(xiàn)狀首個移動機(jī)器人 Shakey 在美國開始研制[6]（如圖 用人工智能技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自主感知、環(huán)境建模、行能。此后，國內(nèi)外大量學(xué)者對移動機(jī)器人相關(guān)問題機(jī)器人研究中具有代表性的問題之一，路徑規(guī)劃問到了廣泛的探索與積累。目前，該問題的研究已取于成熟[8]。研究表明，若移動機(jī)器人應(yīng)用場合不同略與側(cè)重點(diǎn)也應(yīng)不同。其中，能否充分解決路徑規(guī)的優(yōu)劣的基礎(chǔ)。

及在軍事場合等特殊任務(wù)中，并不只存在避障任務(wù)，也可能存在破障需求，但常用的建模手段無法滿足或不能擴(kuò)展出符合特殊場合下的路徑規(guī)劃需要。目前有限的文獻(xiàn)主要集中于相應(yīng)機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)方面（如圖1.2所示）。Zang X等[27]針對在狹窄空間和危險區(qū)域未能進(jìn)行救援的問題設(shè)計(jì)一種抬高特定碎片式障礙物的救援機(jī)器人。Mori M等[28]設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于大型救援行動中將特定重型障礙物進(jìn)

max maxh h50 ，mins 5，隸屬函數(shù)曲面如圖 2.2 所示。圖 2.2 路面高差類障礙隸屬曲線圖2.2.2 坡道障礙在地面環(huán)境中，坡道也是具有代表性的障礙。與高差類障礙相比，坡道障礙的坡度角是處理該類障礙物的重要標(biāo)志。坡道類障礙按幾何角度分為上升型坡道和下降型坡道，并采用坡角a 描述，其特征如圖 2.3 所示。 min max min max 圖 2.3 坡道障礙特征圖

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4 徐博;徐e

本文編號：2753958