局部未知环境下移动机器人路径规划方法的研究与实现.pdf

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Dissertation for the Master Degree in Engineering

Research And Realization On Mobile
Robot Path Planning Strategy In An
Unknown Environment










Candidate: Zhao Bo
Supervisor: Assi. Prof. Guo Wei
Academic Degree Applied for Master of Engineering
Speciality: Mechatronic Engineering
Affiliation: School of Mechatronics
Date of Defence: June, 2006
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
路径规划是移动机器人技术研究领域中的重要问题之一,也是机器人学
中研究人工智能问题的一个重要方面,其主要任务是在机器人所处的环境中
寻求一条从起始点到目标点的满足一定条件的无碰撞路径。本文用模糊控制
方法解决了一种局部未知环境下的机器人路径规划问题。
本文在阅读了大量有关移动机器人路径规划方法的文献的基础上,分析
了智能控制方法在移动机器人路径规划问题上的应用,提出了一种基于模糊
逻辑的机器人路径规划方法,设计了机器人转角和速度的二级模糊控制规
则,并用基于目标最短路径对模糊控制规则进行优化,获得机器人转角的优
化模糊控制表。用 MATLAB 仿真验证了模糊规则的有效性。
对于不同障碍物的避障过程会出现不同的问题,本文根据不同类型的障
碍物设计了相应的避障方法。对于凸形障碍物,设计了对直线判断的方法,
解决了“之”字形路线问题;对于凹形障碍物,提出了一种新方法解决“死
循环”问题。本文还提出一种基于仿生原理的回程方式,使机器人在回程中
节省了时间和距离。用 MATLAB 仿真验证了避障方法的有效性。
为了进一步验证路径规划方法,用 JAVA 3D 搭建了虚拟环境平台,用
J AVA 语言编写了路径规划算法,实现了机器人模型在虚拟环境中的路径规
划仿真。
最后通过基于超声传感器的轮式机器人在不同类型障碍物环境下的避障
实验,验证了路径规划方法的有效性。
关键词路径规划;模糊控制;移动机器人
- I -
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
The path planning as an important aspect of artificial intelligence in robotics
area is one key technology for the mobile robot, which concerns about how to get
a ideal way to reach the target without any block and collision in an given
surrounding. A arithmetic on the local unknown area path planning is given in the
thesis based on fuzzy control theory.
A method is given based on the former researcher’s research work. The
application of artificial control method in the mobile robot is discussed. After
that, a second grade fuzzy control rule on the robot rotating angle and velocity is
set up, while optimized based on the shortest path, to get the rotating angle and
velocity control table. The validity is proved in simulation on MATLAB.
The collision-avoid