【摘 要】
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随着服务机器人越来越多地被应用在社会生活中,机器人也变得越来越智能。自主导航能力是机器人智能化的重要体现之一,而路径规划是移动机器人自主导航的重要基础。如何使移动
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随着服务机器人越来越多地被应用在社会生活中,机器人也变得越来越智能。自主导航能力是机器人智能化的重要体现之一,而路径规划是移动机器人自主导航的重要基础。如何使移动机器人在已知或未知环境下快速准确地规划出一条最优且无碰撞路径并控制机器人行驶至目的地是一个富有挑战性的研究课题。本文主要研究在室内环境下的路径规划方法,提出了一种基于A*和B样条参数的混合路径方法。本文利用栅格法对移动机器人的工作环境进行建模,在栅格地图中,利用A*算法搜索出一条初始路径。在轨迹规划方法上采用了B样条参数法,首先将轨迹规划问题转化成优化控制问题,并提出机器人的非完整约束、避障约束、安全约束等约束条件,最后通过对非线性优化问题的求解得到移动机器人的运动轨迹。针对B样条参数法在障碍物较多时会造成求解时间过长的问题,本文根据A*算法规划的初始路径,将移动机器人的工作环境分解成多个子区域。每个子区域中不包含任何静态障碍物,利用B样条参数法进行轨迹规划,障碍物数量的减少使得非线性规划问题求解速度更快。由于A*算法规划的初始路径连接了机器人的起始点和目标点,机器人依次经过一系列子区域后,最终可到达目标点。本文搭建了基于ROS的移动机器人平台,并将所设计的路径规划方法移植到移动机器人平台中进行验证,实验结果表明,本文设计的基于A*和B样条参数的混合路径规划方法可以实现移动机器人从起始位置到目标位置的规划任务。在静态环境中,平均每米的规划时间为435ms,与B样条参数法相比,性能提升17.9%;在动态环境中,相比于B样条参数法的成功率随着动态障碍物数量的增多而迅速下降,本文算法的避障成功率在不同动态障碍物数量时均可以达到95%以上。
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