具備自主感知、決策和執(zhí)行能力的輪式移動機器人的避障、相互避碰以及編隊避障是機器人研究領(lǐng)域的重要問題,其基本目標是控制輪式移動機器人或輪式移動機器人編隊在有障礙物和其他移動機器人的環(huán)境中實現(xiàn)無碰撞運動并到達規(guī)定的目標位置,這在倉儲物流、智能交通、區(qū)域搜索覆蓋等任務(wù)中有著廣泛的應(yīng)用前景。然而,輪式移動機器人運動學(xué)模型的非線性、非完整約束、:多輸入多輸出等特性致使其運動規(guī)劃與控制成為機器人研究領(lǐng)域中較難解決的問題。因此,對輪式移動機器人的避障、相互避碰以及編隊避障問題進行研究具有重要的應(yīng)用價值與學(xué)術(shù)研究意義。本文基于預(yù)測窗技術(shù)對輪式移動機器人的避障、相互避碰以及編隊避障問題進行了研究,主要的研究工作如下:首先,針對單個輪式移動機器人在有障礙物運動場景中的無碰行駛問題,利用預(yù)測窗技術(shù)提出了一種最優(yōu)避障算法�？紤]到輪式移動機器人運動學(xué)模型的非線性特性,對其進行輸入輸出反饋線性化得到一個線性模型。在得到的線性模型的基礎(chǔ)上,運用預(yù)測窗技術(shù)將所有可能會導(dǎo)致機器人與障礙物發(fā)生碰撞的相對加速度變化定義成加速度變化障礙集合的形式。基于加速度變化障礙為輪式移動機器人規(guī)劃最優(yōu)的避障加速度變化,并將其轉(zhuǎn)換成實際的... 

【文章來源】：大連海事大學(xué)遼寧省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?２０１５年到２０１９年中國移動機器人市場規(guī)模??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃａｌｅ?ｏｆ?Ｃｈｉｎｅｓｅ?ｍｏｂｉｌｅ?ｒｏｂｏｔ?ｍａｒｋｅｔ?ｆｒｏｍ?２０１５?ｔｏ?２０１９??

工勢場的概念，他的靈感來源??于物理學(xué)中電荷的運動。Ｋｈａｔｉｂ博士假設(shè)輪式移動機器人在空間中的行駛受目標位置和??障礙物合力的作用，其中目標位置會產(chǎn)生一個吸引力，力的方向由移動機器人的當前位??置指向目標位置，其大小與移動機器人和目標位置之間的距離、機器人的大小以及障礙??物的大小成正比。行駛環(huán)境中的障礙物會對移動機器人產(chǎn)生一個斥力，斥力的方向由障??礙物的位置指向移動機器人當前時刻的位罝，大小與移動機器人和障礙物之間的距離成??反比，且與障礙物以及移動機器人的大小成正比（示意圖見圖１．６）。移動機器人受到的??合力的方向就是其無碰運動速度的方向，合力的大小與無碰運動速度的大小成正比［２６］。??目標點??．．?！?■?；??Ｉ??翁????１?ＦＶ??障礙物?Ｉ?、、??Ｖ機雅人ｆ??Ｎ，??圖１．６人工勢場避障算法原理圖??Ｆｉｇ．?１．６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?ｆｉｅｌｄ?ｏｂｓｔａｃｌｅ?ａｖｏｉｄａｎｃｅ?ｍｅｔｈｏｄ??雖然該避障方法思路簡單且魯棒性高，但其仍具有目標不可達以及容易陷入局部最??小值等不足。梁獻霞等［２７］針對人工勢場避障方法易于陷入局部最小值的不足，使用扇區(qū)??－５?－??

Ｉ???基于預(yù)測窗的輪式移動機器人最優(yōu)避障及避碰算法研究???１）（＜：，／＊）＝如｜｜９－（：｜｜：＾丨表示圓心在（：半徑為＾的圓面；／＾３，１３丨＝丨３?＋叫１？￡｜＾０，１１丨表示起??點為ａ終點為ａ?＋?ｂ的一個線段；對于向量集合；ｆ、ｙ和常數(shù)ａ，定義如下運算：??ａ＾?＝?｛ａｘ＼ｘｅＸ｝，?＝?（ｘ?＋?ｙ?｜?ｘ?ｅ?ｅ?＾｝?，?Ｘ＼ｙ?￣｛ｘ＼ｘｅ?Ｘ，ｘ?＾ｙ）??其中十表示閔可夫斯基和。??２．２．２輪式移動機器人運動學(xué)模型??本文研究的二階非線性輪式移動機器人如圖２．１所示，其中（ｘ，?ｄ為輪式移動機器??人在全局坐標系；ｒｏｒ下的位置坐標，Ｖ為其行駛的線速度，０為行駛的方向角。??ｒ牛??－舉：：：??圖２．１輪式移動機器人示意圖??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａ?ｗｈｅｅｌｅｄ?ｍｏｂｉｌｅ?ｒｏｂｏｔ??己有的文獻中［５２Ｈ５６］?—般是通過控制線速度Ｖ和角速度？來控制輪式移動機器人的??運動，為了避免速度突變對機器人的運動軌跡和執(zhí)行機構(gòu)造成的不利影響，文獻［５０］、??［５７］選取線加速度《和角速度？作為控制輸入去控制此類移動機器人的運動取得了良好??的控制效果。因此本文選取輪式移動機器人的運動學(xué)模型如下：??ＶＣＯＳ０??ｖｓｉｎ０??匕?（２．Ｄ??０）??其中￥?＝?＞?Ｖ?為當前時刻輪式移動機器人的狀態(tài)向量，Ｕ?＝?＾?＾｜Ｔ為其控制輸入。??－１２－??

【參考文獻】：
期刊論文
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[4]基于改進A*算法的移動機器人路徑規(guī)劃[J]. 趙曉,王錚,黃程侃,趙燕偉.  機器人. 2018(06)
[5]改進人工勢場法的移動機器人路徑規(guī)劃研究[J]. 梁獻霞,劉朝英,宋雪玲,張英坤.  計算機仿真. 2018(04)
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博士論文
[1]輪式餐廳服務(wù)機器人移動定位技術(shù)研究[D]. 于清曉.上海交通大學(xué) 2013

碩士論文
[1]基于改進人工勢場法的路徑規(guī)劃算法研究[D]. 郭梟鵬.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]基于ARM的移動機器人嵌入式組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究[D]. 曹超.西南交通大學(xué) 2013
[3]輪式機器人運動系統(tǒng)設(shè)計與研究[D]. 井超超.西安電子科技大學(xué) 2012



本文編號：2926660