自主式移动机器人路径规划pathplanningforautonomousmobilerobot(附件)【字数：1474
在计算机、人工智能、自动化控制等技术日益发展的今天，对自主式移动机器人的研究进入了新的篇章。移动机器人的发展目前正处于方兴未艾的阶段，是当前的最前沿领域之一。对移动机器人的发展不仅具有创新性和战略性，对国家安全和国民经济也有着巨大的影响。虽然环境的复杂性、不确定性和多变性，给机器人的运动研究带来了极大的困扰，但是基于它是机器人完成其他高级任务的基础这一原因，人们一直以极大的热情在对它进行研究。本文对移动机器人路径规划进行概述，介绍了目前国内外对它的研究现状，阐述了对它进行研究的意义和实用价值；从底盘控制部分和云台控制部分两个方向详细的介绍了某轮式移动机器人的硬件系统，接着主要说明了视觉系统在机器人路径规划中的关键地位；在了解了硬件基础上，对移动机器人进行运动学和动力学分析。然后以某全方位轮移动机器人为分析对象，为它们建立运动学和动力学模型；然后介绍了一些在移动机器人中的关键技术和路径规划中常用的一些基本方法论。最后以蚁群算法为例，分析它的原理后，用Matlab对它进行仿真，验证它的有效性。仿真实验表明本文所提到的算法能够对自主式移动机器人在路径规划方面起到很好的优化作用。关键词自主式移动机器人；运动建模；路径规划；蚁群算法
目录
第一章 绪论 1
1.1 路径规划概述 1
1.2 研究现状及发展趋势 1
1.2.1 国内研究现状 1
1.2.2 国外研究现状 2
1.2.3 路径规划技术发展趋势 2
1.3 研究目的及意义 3
1.4 本文主要研究内容 3
第二章 自主式移动机器人的硬件系统 4
2.1 引言 4
2.2 移动机器人结构 4
2.3 底盘系统 5
2.3.1 底盘驱动 6
2.3.2 全方位轮 7
2.3.3 底盘主控 9
2.4 云台控制系统 9
2.4.1 云台驱动 9
2.4.2 视觉系统 12
2.5 本章小结 12
第三章 轮式移动机器人的运动学动力学研究 14
3.1 引言 14
3.2 运动学建模 14
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目录
第一章 绪论 1
1.1 路径规划概述 1
1.2 研究现状及发展趋势 1
1.2.1 国内研究现状 1
1.2.2 国外研究现状 2
1.2.3 路径规划技术发展趋势 2
1.3 研究目的及意义 3
1.4 本文主要研究内容 3
第二章 自主式移动机器人的硬件系统 4
2.1 引言 4
2.2 移动机器人结构 4
2.3 底盘系统 5
2.3.1 底盘驱动 6
2.3.2 全方位轮 7
2.3.3 底盘主控 9
2.4 云台控制系统 9
2.4.1 云台驱动 9
2.4.2 视觉系统 12
2.5 本章小结 12
第三章 轮式移动机器人的运动学动力学研究 14
3.1 引言 14
3.2 运动学建模 14
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3.2.1 移动机器人坐标系的建立 14
3.2.2 全向轮式移动机器人运动学模型 17
3.3 全向轮式移动机器人动力学模型 20
3.3.1 单个轮子动力学模型 20
3.3.2 全向轮式移动机器人整体动力学建模 23
3.4 本章小结 24
第四章 移动机器人路径规划研究及仿真 26
4.1 引言 26
4.2 移动机器人中的关键技术 26
4.2.1 导航技术 26
4.2.2 多传感器信息融合技术 26
4.2.3 人机交互技术 27
4.3 路径规划方法 27
4.4 基于蚁群算法的机器人路径规划 28
4.4.1 仿真软件的介绍 28
4.4.2 蚁群算法理论 28
4.4.3 仿真过程与结果分析 29
4.5本章小结 33
第五章 总结展望 34
致谢 35
明吉瑞 35
参考文献 36
附录 38
第一章 绪论
1.1 路径规划概述
路径规划就是依据某种准则，在所处的环境中找到从起点到终点的路径[1]。这条路径要达到能够避开障碍物、实现消耗最少时间或者能量的功能。但是由于环境经常是未知的、复杂的，所以进行路径规划的基础就是要感知周围复杂的环境。一般来说，通常将移动机器人的路径规划分为两个层面：一方面是应用于工业机器人、具有多自由度的关节机器手的空间路径规划；另一方面也就是本文主要研究内容：近来发展势头十分迅猛、研究前景非常广阔的移动机器人的运动路径规划。
路径规划问题被提出来后，立即就吸引了众多学者的眼球。经过国内外大量专家的潜心钻研后，已经取得了很大的突破：从基于几何构造的基本常用算法，到如今的智能化路径规划方法。虽然其中的艰辛是难以想象的，但是在众多学者的不懈努力下，路径规划的发展在一直在曲折中前进，为移动机器人进一步的实用化打下基础。
1.2 研究现状及发展趋势
1.2.1 国内研究现状
同国外的研究相比，我国对移动机器人路径规划的研究起步不太早，但是基于几十年的发展追赶后，现在也有了长足的进步。我国的“863"机器人专家组将把对智能机器人路径规划的研究作为此后发展的重点。我国第一个拥有智能的机器人是由浙江大学设计出来的。这种机器人工作时，先进行环境学习，获得房间尺寸的信息，之后利用随机和局部遍历规划相结合策略清扫路径。哈尔滨工业大学多智能体机器人研究中心开发了具有自主知识产权的FIRA全自主型足球机器人。该机器人拥有双目一口的视觉系统，能够进行全局定位、位置跟踪及障碍物与目标点的检测，很好的完成导航任务。此外，与韩国公司合作开发的家庭机器人能够实现室内的导航、定位和地图创建。中科院自动化研究所研制的自主移动机器人能够广泛应用于医院、办公室、图书馆等公共场合的服务、作用。它在感知周围的实时环境后，自主做出决策来做出反应达到规避障碍物的功能。最终通过运动来实现自主移动、找寻最优路径、轨迹跟踪等移动的目的[2]。此外，我国众多高校以及部分国内高科技企业也一直致力于自主式移动机器人路径规划领域的研究工作。
1.2.2 国外研究现状
早在20世纪60年代，国外就已经开始了对移动机器人的研究。日本高度重视移动机器人的研发与应用。在2005年，日本的松下电器公司就展示了一种夜间自主清扫的机器人。它能够根据事先生成的地图，以及对周围环境的感知，规划高效的移动路径，进行自主移动。在检测墙面和障碍物时，同时使用激光雷达、视觉传感器及超声波传感器三种传感器。在移动过程中，利用陀螺传感器推断自己的位置，并修正误差[3]。而富士重工业推出了一种能够在没有地图信息的情况下进行自主移动。“三叶虫”机器人在英国被推出，它基于用声纳探测障碍物，然后自主规避障碍物，自己设计并且找寻最优路径，具有很高的智能性和自主性。由于在移动机器人的路径规划领域引入了更多的智能性，它持续的受到各国的普遍关注。
1.2.3 路径规划技术发展趋势
在人们不断地攻坚下，对路径规划的研究已经取得了长足的进步，但是仍然存在一些规划方面的难点，亟待有效的解决：
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