复杂环境下自主移动机器人路径规划方法的研究

【摘要】路径规划是移动机器人现实应用的关键技术之一，也是移动机器人研究领域的一个重要课题。本文对移动机器人路径规划问题进行了分析和研究，其中包括在复杂环境下移动机器人的全局和局部路径规划，以旅行家Ⅱ号移动机器人作为研究平台，在研究的理论基础上进行了仿真实验，并针对移动机器人全局和局部路径规划的不足，提出了一种混合路径规划方法。该方法首先利用加权A*算法在模拟的静态工厂车间环境中进行全局规划，得到一条较优的预行路径；然后以该路径的拐点作为子目标点,利用改进的人工势场法进行实时局部规划,在保证了移动机器人行进路径较优的同时，减少移动机器人实时局部规划的复杂度。本文主要的研究工作有以下几点：1、以栅格法对移动机器人工作环境进行空间环境建模，采用加权A*算法在栅格环境中进行全局路径规划，得到一条移动机器人作业的较优路径。通过仿真实验，验证了该方法不但可以保证移动机器人全局规划时的路径最短，而且相对两点间路径寻优的Dijkstra算法计算复杂度也能相应降低。2、分析了传统人工势场法的缺陷。在解决传统势场法目标不可达问题时，引入了新的斥力势场函数；为解决移动机器人陷入局部极小值陷阱问题，通过增加虚拟目标使移动机器人逃离局部极小值陷阱；利用改进的人工势场法，在模拟工厂车间的复杂环境中进行仿真实验，通过仿真实验，验证了该方法的有效性。3、分析了全局路径规划和局部路径规划的优缺点，提出了一种基于加权A*算法全局路径规划和改进人工势场算法局部路径规划的混合路径规划方法。通过仿真实验，验证了移动机器人利用该方法在复杂动态环境下进行实时路径规划的有效性。
【作者】周文卷；
【导师】洪伟；
【作者基本信息】吉林大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】移动机器人；A*算法；人工势场法；混合路径规划；

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