移动机器人室内定位及局部路径规划

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随着社会经济和科技的迅速发展,人们生活与社会生产中的自动化水平日益提高,最能体现自动化程度的机器人随之进入人们的视线。从用于科学研究的探索机器人到用于工业生产运输的自动引导车,灾难中大显身手的灾难救援机器人到应用于日常生活的服务机器人,而自主行进是这些机器人的基本功能之一。本文研究基于超声波的移动机器人室内定位方法和基于人工势场的局部路径规划方法,设计了移动机器人硬件系统,本文主要研究内容为以下四点:(1)移动机器人系统硬件平台搭建。针对未知静态障碍物环境的特点和移动机器人系统的驱动方式,设计室内定位系统和移动机器人系统的工作流程以及硬件设计方案,在此基础上,以无线通讯为基础构建室内移动机器人系统。(2)研究移动机器人在室内的位姿定位方法。规定定位系统参考端放置位置,运用双曲线模型建立方程组,求取移动机器人所在位置坐标;针对利用电子罗盘获取移动机器人姿态角度所存在的误差进行分析,采用基于最小二乘法的罗差补偿方法提高移动机器人姿态角度的精度和可靠性。(3)研究基于人工势场法的局部路径规划方法。针对传统人工势场法所存在的局部最小问题,改进人工势场势函数,解决目标位置靠近障碍物导致的目标位置不可达问题(GNRON问题),在此基础上,将模糊斥力引入至移动机器人虚拟合力计算中,使得移动机器人能够绕过位于其与目标位置之间的障碍物并行进至目标位置,进一步解决局部最小问题。(4)移动机器人系统室内模拟实验研究。对人工势场法的改进进行分步仿真实验研究,验证本文所提出的局部路径规划方法的有效性。基于移动机器人系统进行室内模拟实验研究,完成了在未知静态障碍物环境中的路径规划实验,验证本文所提出的方法与建立的移动机器人系统的有效性。
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