移动机器人路径规划的仿真研究

针对移动机器人的路径规划问题,本文采用A*算法作为路径规划的主要搜索方法,对移动机器人的路径规划进行研究,采用较直观的栅格法进行创建地图,通过建立一系列具有二值信息的网格模型,并根据对环境建模情况,系统运用程序设计进行路径规划,使机器人按照规划好的路径移动到目标位置,并通过变更路径的起始点,验证算法的实用性。移动机器人在进行路径规划时,发现存在死锁的情况,会对路径重新规划,从而验证算法的可行性。为验证路径规划的可靠性,在Matlab仿真平台上进行算法验证。仿真结果表明,A*算法具有获得最优路线规划的特点,对路径规划具有可行性与准确性。该研究对移动机器人在进行路径规划时较为适用。     

一种基于特征点的移动机器人路径规划算法

目的 提出一种基于障碍物特征点的移动机器人全局路径规划算法,克服传统全局路径规划算法信息存储量大,计算量大,规划速度慢的缺点.方法 通过膨胀原理建立环境地图,只记录障碍物的特征点,减少了算法信息的存储量.然后采用最大最小原则,逐步搜索子目标点,最终到达目标.结果 该算法能以最小的距离代价逐步绕过当前距离机器人最近的障碍物.并能保证搜索到的路径是安全有效的.结论 笔者所提算法简单,计算量小,仿真实验验证了算法的有效性.     

基于ROS的移动机器人自主建图与路径规划

为了提高机器人的自主导航性能,设计了基于ROS的移动机器人自主建图与路径规划系统.通过2D激光雷达获取周围环境信息,利用姿态传感器(IMU)获取机器人的姿态和加速度信息,利用Gmapping算法实现机器人的自主定位与建图,利用基于头尾双向搜索的A~*算法进行全局路径规划,采用DWA算法完成局部避障工作.结果表明,所提算法可使机器人完成构建地图以及自主导航任务,提高导航系统的自主性能以及工作效率.     

基于神经网络的移动机器人路径规划

针对移动机器人在部分环境信息已知情况下的路径规划问题,运用神经网络动态路径最优算法,研究了基于传感器信息的在线路径规划方法.基于扩展卡尔曼滤波的定位方法融合了多个与机器人状态及环境相关的信息,提高了定位精度.首先建立动态的工作空间信息,基于神经网络的路径规划算法完成机器人的路径规划,根据路径点集运动趋向来调节小车移动,完成了导航的任务.对算法的性能和效率进行了分析,实验表明该方法在障碍物的信息未知的情况下,执行速度快.     

基于A*算法的楼宇环境中移动机器人的路径规划

以A*算法为基础,在静态地图上初步规划出楼宇环境中移动机器人的全局路径,然后基于可视图法思想,采用无障碍拉直法(NOD)和拐点采集法(INC)的优化方法对路径进行了优化.以优化后路径的拐点作为局部规划目标点,再结合超声和红外传感器提供的信息,提出了一种以目标导向决策(TOD)和最近方向判决(COD)为原则的局部避障算法.综合以上全局路径规划和局部路径规划的控制方案,对移动机器人UP-VoyagerⅡ在楼宇环境中进行了地图导航控制试验,取得了理想的效果,验证了控制算法的可靠性.     

基于GIS地图的移动机器人路径规划

针对移动机器人路径规划实现条件的限制,提出基于GIS（geographicinformationsystem）地图的移动机器人路径规划．该方法应用改进A’算法,较好地实现了移动机器人的最优路径规划．在任意给定的地图中,只要确定了机器人的起点和终点,就可以找到该机器人在实际工作环境中符合需求的路径规划轨迹．应用VC＋＋编程进行实验,证明了该方法的有效性．     

多机器人任务分配与路径规划算法

针对多机器人任务分配和路径规划存在的移动方向角偏差问题,本文引入矢量方向来修改机器人的运动方向角,提出了一种改进的基于矢量方向的自组织算法,使一组机器人在自动避开环境中障碍物的情况下能够有效地到达所有指定的目标位置。采用基于矢量方向的自组织算法对多机器人系统进行任务分配,使机器人能够访问各个目标位置,整个过程包括获胜神经元的选择、优胜邻域函数的确定以及权值的修改。根据引入的矢量方向法更新SOM获胜神经元的权值,使每个机器人在访问相应目标的过程中能自动的避开障碍物,以避免在路径规划过程中横穿障碍物,进而实现机器人的自动、有效路径规划。仿真实验结果表明:与传统的SOM算法相比,本文所提出的算法在机器人数量与任务目标点数量相同或机器人数量小于任务目标点数量的情况下,能够自主地避开环境中的障碍物并进行合理地任务分配,具有较高的有效性和实用性。     

复杂环境下移动机器人路径规划与跟随

提出了一种基于改进A*算法和PID控制算法的新型移动机器人路径规划与路径跟随控制方法,该方法适用于复杂的迷宫环境。在所提出的方法中,解决了A*算法转折点过多的问题,并且通过拓展障碍物和四阶三次均匀B样条优化的方法使生成的预期路径安全且平滑;之后基于前视点的两轮差速机器人运动学模型设计了PID控制器。在专门设计的框架中测试了所提出方法的性能。作为验证,分别从路径规划与路径跟随两个方面做了详尽的实验,结果表明,规划路径转折点少且平滑,设计的PID控制器能够控制移动机器人实现较好的路径跟随效果。最后,在复杂的迷宫环境中验证了本文提出的方法,结果表明,所提出的方法能够使机器人无碰撞穿越迷宫。     

轮式移动机器人FastSLAM算法研究

移动机器人在复杂未知环境中精确定位并对周围环境进行地图构建有助于机器人对环境的准确理解,是机器人进一步完成各种复杂智能任务如路径规划和避障等的关键和前提.通过对移动机器人未知环境中定位和地图创建问题进行讨论,设计了一种构建2D可视化路标特征地图的方案,该方案结合单目视觉传感器和里程计的鲁棒感知模型,建立包含世界坐标系下...     

一种机器人路径规划算法的研究

路径规划算法是室内移动机器人应用中最重要的算法之一。根据室内移动机器人在动静态环境下实时避障规划出一条最优路径的要求,设计一种新的路径规划算法。通过删除冗余点并平滑路径的方式对A*算法进行改进,又将其与TEB算法相结合,实现从指定起始点到指定目标点的路径选择及移动。实验结果表明,利用该算法可得到耗时短、平滑的路径,实时躲避动态障碍物,有效地避免陷入局部最优解的问题。     

世界坐标系下非完整轮式移动机器人转弯轨迹的时域非微分描述方程

为了解决机器人路径规划模块在为非完整轮式移动机器人规划路径时,若要实现规划轨迹平滑且完全满足机器人的运动学约束,则需要精确的机器人工作环境的地图信息,从而大幅度地增加了路径规划算法的计算量的问题,首先利用较为粗略的环境地图信息规划路径,再将机器人转弯部分的路径进行函数插值,使整个路径规划满足机器人运动学约束且计算量增加较少.现有的机器人轨迹描述方程不能满足对机器人转弯轨迹进行精确插值的需要,因此提出分别利用曲线拟合法和泰勒插值法来构建非完整轮式移动机器人转弯轨迹的时域非微分描述方程.实验结果显示,所述机器人轨迹非微分时域描述方程可以用于对机器人路径规划的插值,降低了算法的计算量.     

基于栅格法的机器人路径规划快速搜索随机树算法

针对复杂环境下的机器人路径规划问题，提出了一种全新的基于栅格法的机器人路径规划快速搜索随机树算法。以机器人出发点为随机树的根节点，通过扩展，逐渐增加叶节点直至随机树的叶节点中包含了目标点。从出发点到目标点之间的一条以随机树的边组成的路径就是目标路径。研究表明在同样的环境下与遗传算法、A^＊算法相比该方法能在更短的时间内找到更优的路径。仿真实验也表明，即使在随机生成的复杂环境下，利用该算法也可以快速规划出一条全局优化路径，且能安全避障。     

基于深度自动编码器与Q学习的移动机器人路径规划方法

针对移动机器人在静态未知环境中的路径规划问题,提出了一种将深度自动编码器( deep auto-encoder)与Q学习算法相结合的路径规划方法,即DAE-Q路径规划方法。利用深度自动编码器处理原始图像数据可得到移动机器人所处环境的特征信息;Q学习算法根据环境信息选择机器人要执行的动作,机器人移动到新的位置,改变其所处环境。机器人通过与环境的交互,实现自主学习。深度自动编码器与Q学习算法相结合,使系统可以处理原始图像数据并自主提取图像特征,提高了系统的自主性;同时,采用改进后的Q学习算法提高了系统收敛速度,缩短了学习时间。仿真实验验证了此方法的有效性。     

基于可搜索24邻域的A*算法路径规划

针对A^*算法在移动机器人路径规划时求解得到的路径长度不是最优并且转折点较多的问题,提出了可搜索24邻域的A^*算法路径规划.该方法在传统A^*算法的基础上进一步改进其启发搜索策略,将传统A^*算法的可搜索邻域个数从离散的8个扩展到24个,进而增加更多的搜索方向.结果表明,改进的A^*算法实现了路径长度更短的目的,同时降低了转折点数,且移动机器人的运行路径也更加平滑.本文方法具有较强的实际意义和应用背景,通过实际运行过程验证了其设计方法具有一定的有效性.     

家庭陪护机器人自主充电系统研究与设计

针对家庭陪护机器人电池容量有限,工作环不连续的问题,设计一种基于机器人操作系统(robot operating system, ROS)的家庭陪护机器人自主充电分级对接系统。采用卡尔曼滤波算法将编码器数据和惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)数据进行融合,同时结合激光雷达数据并基于Rao-Blackwellized粒子滤波即时定位与构图(simultaneous localization and mapping, SLAM)算法构建环境二维栅格地图;采用A^*算法和动态窗口(dynamic window approach, DWA)算法进行全局路径规划和局部路径规划,使机器人行驶至充电站附近或所在房间;采用基于双重优先级的红外导航对接算法引导机器人驶向充电站,完成与充电站的精确对接。试验结果表明,该系统有效地解决了传统方法中充电距离有限的问题,并且具有较高的对接效率、成功率、准确度和环境普适性,完全满足家庭陪护机器人的充电需求,具有较好的应用价值。     

改进人工势场法的移动机器人路径规划

针对传统人工势场法应用于移动机器人路径规划存在的缺陷,建立了改进的人工势场模型:使用势场强度代替力矢量进行路径规划;在障碍物的斥力势场中添加系数项,解决障碍物与目标点过近导致的目标不可达问题;考虑移动障碍物速度与机器人速度的影响,将速度信息引入到势场函数中;引入"填平势场"引导机器人走出局部极小点.在改进人工势场模型基...     

多机器人路径规划中的一种混合算法

针对动态环境中多移动机器人路径规划问题,将协同进化算法和改进人工势场法相结合,提出了一种全局路径规划和局部路径规划有效结合的新方法。仿真结果验证了该算法在多移动机器人路径规划中的可行性和有效性。     

基于二进制粒子群算法的移动机器人路径规划

由于用PSO进行机器人路径规划的研究尚局限于用连续模型规划连续描述的环境中的路径,使算法受到一定的局限性.为此,研究了一种全新的基于栅格法的机器人路径规划二进制粒子群算法.首先用栅格法描述机器人工作环境,在此基础上,将机器人路径表示为粒子位置的二进制编码,并以路径长度为适应值,产生初始种群后,再对粒子位置和速度进行更新,经过多次迭代,即可获得从起始点到目标点的一条全局最优路径.该方法模型简单,算法复杂度低,收敛速度快,计算机仿真实验证明了该方法的有效性和先进性.