移动机器人环境建模与路径规划方法研究

发布时间：2024-01-18 18:51

　　近年来,人工智能技术引起了人们的高度重视,移动机器人领域逐渐成为当前世界各国研究的热点。移动机器人综合了计算机、自动控制、机构学、控制论等学科专业技术,成为人工智能发展活跃的领域之一。其中,路径规划与轨迹跟踪是移动机器人决策与控制中的核心技术,如何使移动机器人高效地规划出一条最优、安全的路径,同时实现精确的轨迹跟踪控制一直是一个具有挑战性的研究方向。首先,通过分析移动机器人环境建模方法,选择栅格建模法对空间环境进行建模。利用激光雷达和Clearpath ROS机器人建立了机械楼某房间真实环境下的地图模型,并在MATLAB中对所得地图进行处理,最终得到栅格地图模型。其次,对环境地图模型进行高密度化处理,探讨了A*算法路径规划的基本原理及搜索流程,通过对A*算法实施扩展邻域搜索策略,增加了每次搜索方向的数量;对由A*算法生成的路径进行曲线拟合处理,使得路径更加平滑、安全;分别从路径规划结果、长度、时间三个角度对传统A*算法与改进A*算法通过MATLAB软件进行了仿真实验对比分析,仿真结果表明改进A*算法具有更好的规划效果。然后,阐述了经典蚁群算法的基本原理,对影响蚁群算法性能的3个重要参数...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 移动机器人发展现状及发展趋势
        1.2.1 移动机器人国外发展现状
        1.2.2 移动机器人国内发展现状
        1.2.3 移动机器人发展趋势
    1.3 路径规划研究现状分析
        1.3.1 国内外研究现状
        1.3.2 路径规划发展趋势
    1.4 轨迹跟踪控制研究现状分析
        1.4.1 国内外研究现状
        1.4.2 轨迹跟踪控制发展趋势
    1.5 论文主要研究内容及组织结构
    1.6 本章小结
第2章 移动机器人关键技术理论
    2.1 引言
    2.2 移动机器人系统
        2.2.1 移动机器人系统组成结构
        2.2.2 环境信息感知系统
        2.2.3 路径规划系统
        2.2.4 轨迹跟踪控制系统
    2.3 路径规划方法研究
        2.3.1 传统路径规划算法
        2.3.2 现代智能路径规划算法
    2.4 本章小结
第3章 环境建模
    3.1 引言
    3.2 栅格法地图建模
        3.2.1 栅格法地图基本理论
        3.2.2 不规则障碍物的整齐化处理
    3.3 实际环境地图栅格化
    3.4 本章小结
第4章 基于改进A*算法的移动机器人路径规划
    4.1 引言
    4.2 环境模型描述
    4.3 A*算法及其改进
        4.3.1 A*算法原理
        4.3.2 扩展邻域搜索原理
    4.4 仿真验证分析
    4.5 曲线拟合路径规划及仿真分析
        4.5.1 NURBS曲线及其拟合原理
        4.5.2 仿真分析
        4.5.3 结论
    4.6 本章小结
第5章 基于蚁群算法的移动机器人路径规划
    5.1 引言
    5.2 环境描述
    5.3 蚁群算法
        5.3.1 蚁群算法基本原理
        5.3.2 蚁群算法的数学模型描述
    5.4 参数选择及其对算法性能影响的研究
        5.4.1 信息启发因子α
        5.4.2 期望启发因子β
        5.4.3 信息素挥发因子ρ
        5.4.4 主要参数α、β、ρ的最优组合
    5.5 蚁群算法的改进研究
        5.5.1 算法改进
        5.5.2 算法改进步骤及流程
    5.6 仿真验证
    5.7 本章小结
第6章 移动机器人轨迹跟踪控制研究
    6.1 引言
    6.2 模型描述
        6.2.1 运动学模型
        6.2.2 轨迹跟踪模型
    6.3 模型预测控制
        6.3.1 基本原理
        6.3.2 基本特点
    6.4 基于模型预测的轨迹跟踪控制
    6.5 仿真验证
        6.5.1 直线轨迹跟踪
        6.5.2 圆形轨迹跟踪
    6.6 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献
作者简介
攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果



本文编号：3879828