基于可拓控制的机器人路径规划方法研究

移动机器人路径规划是移动机器人路径导航中的一个重要课题.文章把可拓学物元理论成功应用到移动机器人路径规划中,设计了基于可拓控制的避障控制器,并给出了仿真结果.     

基于虚拟传感器和脚本控制的移动机器人越障仿真

为了实现移动机器人越障运动过程的仿真，运用机械系统仿真软件ADAMS，构建虚拟传感器并编写脚本仿真程序。实例分析表明，基于脚该控制，可以完成复杂运动的仿真。通过三维动画既可以观察移动机器人越障运动过程，同时还可绘制仿真曲线，观察运动过程中可能出现的问题。     

基于自适应动态窗口改进细菌算法与移动机器人路径规划

针对移动机器人在复杂环境下的路径规划问题,提出一种新的自适应动态窗口改进细菌算法,并将新算法应用于移动机器人路径规划。改进细菌算法继承了细菌算法与动态窗口算法（dynamic window algorithm, DWA）在避障时的优点,能较好实现复杂环境中移动机器人静态和动态避障。该改进算法主要分三步完成移动机器人路径规划。首先,利用改进细菌趋化算法在静态环境中得到初始参考规划路径。接着,基于参考路径,机器人通过自身携带的传感器感知动态障碍物进行动态避障并利用自适应DWA完成局部动态避障路径规划。最后,根据移动机器人局部动态避障完成情况选择算法执行步骤,如果移动机器人能达到最终目标点,结束该算法,否则移动机器人再重回初始路径,直至到达最终目标点。仿真比较实验证明,改进算法无论在收敛速度还是路径规划精确度方面都有明显提升。     

基于ADAMS的四轮驱动移动机器人越障预测

针对移动机器人越障问题,构建预测模型。对四轮驱动移动机器人在三类不同障碍物条件下的越障情况进行了分析。运用虚拟样机动力学仿真软件ADAMS构建四轮驱动移动机器人参数化模型,并构建矩形障碍、广义障碍和斜坡障碍的参数化模型,从而组成参数化预测平台。通过该平台可以在三维计算机仿真环境下观察并预测移动机器人在矩形障碍、广义障碍和斜坡障碍等不同障碍条件下的越障能力,结合绘制的速度、加速度及驱动转矩等曲线可以分析越障过程中可能出现的问题。     

基于模糊Elman网络算法的移动机器人路径规划分析

为了调正移动机器人避障线路,建立了基于模糊Elman网络算法的移动机器人路径规划模型,并应用进行Matlab仿真分析。利用现有障碍物的距离信息来实现机器人步长的实施可控制与调节,防止移动机器人在做出准确避障行为之后因为没有设定合适的步长而导致撞上障碍物,以0.5作为机器人的最初运动步长。仿真结果表明,采用模糊Elman网络可以获得比其它两种方法更优的路径规划效果,同时对障碍物进行高效避让,由此实现最优的路径规划。采用模糊Elman网络来构建得到的路径规划算法能够满足规划任务的要求,同时还能够根据机器人处于不同工作空间中的情况进行灵活调整。     

未知环境下基于Elman网络力控制的移动机器人避障研究

避障控制一直是移动机器人路径规划的难点.提出了一种未知环境下基于神经网络的机器人动态避障方法,同时把混合力/位置控制结构应用到移动机器人的避障控制中.力控制算法是通过在移动机器人和障碍物之间形成虚拟力场,并对其整定,以使它们两者之间能保持期望距离.由于移动机器人的动力学模型和障碍物的不确定性也会对避障控制的性能造成影响,因此采用Elman神经网络来补偿不确定性,同时整定移动机器人和障碍物之间的精确距离.仿真实验表明该动态避障算法是有效的.     

基于障碍物运动预测的移动机器人路径规划

针对移动机器人局部动态避障路径规划问题开展优化研究。基于动态障碍物当前历史位置轨迹,提出动态障碍物运动趋势预测算法。在移动机器人的动态避障路径规划过程中,考虑障碍物当前的位置,评估动态障碍物的移动轨迹;提出改进的D*Lite路径规划算法,大幅提升机器人动态避障算法的效率与安全性。搭建仿真验证环境,给出典型的单动态障碍物、多动态障碍物场景,对比验证了避障路径规划算法的有效性。     

基于遗传算法的移动机器人动态避障路径规划方法

本文提出了一种基于遗传算法的简单、有效的移动机器人实时动态避障路径规划方法.为利用遗传算法实时、稳定地进行动态路径规划,本文将复杂的二维路径编码问题简化为一维编码问题,并把路边约束、动态避障要求和最短路径要求融合成一个简单的适度函数.仿真实验表明,本文提出的动态路径规划方法可实时、稳定地产生移动机器人运动的最佳局部规划路径,且具有良好的动态避障性能.该方法也可用于智能车辆的自动导航.     

移动机器人的混合式路径规划算法研究

针对移动机器人在两个相邻的子工作区域中易陷入局部死区陷阱的问题,提出慎思层与反应层相结合的混合式路径规划算法。首先,在慎思层采用栅格法为移动机器人规划出全局较优路径序列,并为反应层提供子目标点。然后,在反应层采用人工势场法或行为分解法实现慎思层规划的路径,并对环境中的障碍物进行避障。仿真结果表明,混合式路径规划算法具有良好的规划效果。基于栅格法与人工势场法的混合式路径规划以及基于栅格法与行为分解法的混合式路径规划都能使移动机器人高效地到达目标点,有效地实现避障。移动机器人路径规划解决方案对室内移动机器人的导航和避障具有一定的借鉴意义。     

基于模糊逻辑行为融合路径规划方法

采用基于模糊逻辑的路径规划方法,提出了一种在未知环境中基于模糊逻辑行为融合路径规划方法,设计了移动机器人路径规划方案,并介绍了该控制器的结构组成和设计过程.将模糊逻辑控制和行为控制相结合,构建了一个由避障行为、目标导向行为、模糊行为监督器组成的基于模糊逻辑行为控制的路径规划器.仿真研究和实验结果表明了避障方法的有效性和可行性.     

Collision-free motion planning of dual-arm reconfigurable robots

Dual-arm reconfigurable robot is a new type of robot. It can adapt to different tasks by changing its different end-effector modules which have standard connectors. Especially, in fast and flexible assembly, it is very important to research the collision-free planning of dual-arm reconfigurable robots. It is to find a continuous, collision-free path in an environment containing obstacles. A new approach to the real-time collision-free motion planning of dual-arm reconfigurable robots is used in the paper. This method is based on configuration space (C-Space). The method of configuration space and the concepts reachable manifold and contact manifold are successfully applied to the collision-free motion planning of dual-arm robot. The complexity of dual-arm robots’ collision-free planning will reduce to a search in a dispersed C-Space. With this algorithm, a real-time optimum path is found. And when the start point and the end point of the dual-arm robot are specified, the algorithm will successfully get the collision-free path real time. A verification of this algorithm is made in the dual-arm horizontal articulated robot SCARATES, and the simulation and experiment ascertain that the algorithm is feasible and effective.     

电动力液压驱动四足双臂机器人的设计与实现

针对定基座机器人在复杂环境下作业能力不足的问题,研制出电动力液压四足双臂机器人,将浮动基座与双臂系统的优势有机结合,能够代替人员完成复杂环境下应急处置、工程作业等任务。详细阐述了四足双臂机器人的机械结构、机载电液动力系统、分布式控制系统以及仿真与操作训练平台的设计与实现。提出基于全身虚拟模型的足底力分配方法与足臂协调运...     

基于ADAMS的便携式自动割胶机器人的仿真分析

为研究便携式自动割胶机器人在割胶过程中运动轨迹的准确性与实用性，采用实体仿真模型辅助分析的研究理念，提出了基于ADAMS软件的便携式自动割胶机器人虚拟样机的运动学仿真分析方法。针对机器人匀速切割和变速切割两种切割模式，将简化后的SolidWorks模型导入到ADAMS软件中，应用ADAMS软件分析机器人割胶刀头的位移与速度，再利用MATLAB软件得到刀头的运动轨迹，并与理论计算结果进行比较。仿真结果表明：该便携式自动割胶机器人在割胶过程中具有良好的平顺性与稳定性，且运动轨迹与理论轨迹的误差在0.5mm以内，满足割胶生产的实际需要。其研究成果对相关产品的实物研制及其虚拟仿真方案的制定、参数选取可提供有益参考。     

基于行为的实时路径规划

针对室内移动机器人导航要求,开发了以二维激光雷达作为探测环境的传感器,基于4个反应式行为,设计了一种简单的实时路径规划算法.避障行为使机器人穿过狭小通道,或者在某些障碍物环境下绕出狭窄区域;接近行为使机器人顺着障碍物前进直到开阔地带;搜寻行为使机器人不断朝向目标运动;线性行为使机器人到达目标点.机器人表现出很强的路径寻找能力,并且不需要定位信息.仿真实验表明该算法速度快,实时性好,路径平滑无震荡,实现了有效避障.     

基于模糊势场法的移动机器人局部路径规划

针对采用传统人工势场法进行移动机器人局部路径规划时存在的局部极小点和规划路径过长等问题,提出了一种基于虚拟目标点和有限状态机的模糊势场法。构造基于人工势场的虚拟目标点法来解决局部极小点问题,在合适的位置设置虚拟目标点使机器人逃离局部极小点区域。将虚拟目标点法与模糊控制相结合,对障碍物环境进行预测,及时避障,解决机器人在复杂环境中采用虚拟目标点法规划路径时存在的路径过长问题。设计一个有限状态机来判断障碍物环境,执行算法转换策略,使改进算法适用于多种复杂环境。所设计算法在MATLAB平台上进行了仿真验证。结果表明,该算法能够使机器人逃出局部极小点、缩短规划路径。算法不仅适用于简单、离散环境,在传统算法运行困难的、复杂的环境中,例如墙型、U型和多U型障碍物环境,也能规划出可行的优化路径。     

一种移动机器人机构的建模和仿真研究

应用虚拟样机技术对移动机器人机构进行虚拟建模和动态仿真。运用SOLIDWORKS软件,采用模块化的设计方法,建立了移动机器人改进后的三维机构模型;运用虚拟样机仿真软件ADAMS针对改进后的二级减震机构进行动态仿真,并与改进前的一级减震机构仿真效果进行比较,结果表明二级减震机构比一级减震机构能够更加有效地解决四轮移动机器人轮胎与路面随时贴合问题,并具有很好的减震效果,增强了机器人的运动性能和环境适应能力。     

基于引力自适应步长RRT的双臂机器人协同路径规划

快速扩展随机树（RRT）方法的步长确定过分依赖于程序调试,而且固定的步长会导致碰撞检测失效问题．针对此问题,本文提出一种适用于双臂机器人协同路径规划的引力自适应步长RRT．首先,通过建立构型空间与工作空间的步长范数不等式,对双臂机器人在工作空间中所产生的步长进行约束,进而确保实现有效的碰撞检测;然后,提出随机树被动生长方法,在保证双臂机器人协同运动的基础上,降低规划空间的维度．最后,在随机树的节点处引入引力函数,加快算法的融合速度．仿真结果表明,引力自适应步长RRT方法可对工作空间中的步长进行有效约束,确保算法碰撞检测的有效性．在无碰撞的前提下,引力自适应步长RRT方法相比于其他算法减少了迭代次数,降低了运行时间并缩短了路径长度．将所提算法应用于双臂机器人的样机实验,结果表明双臂机器人可在保持位置协同的前提下,完成避障运动,验证了算法的可行性．     

基于改进粒子群算法的移动机器人路径规划

为了提高复杂环境下移动机器人的精准导航作用,提出了移动机器人路径规划的改进粒子群优化(PSO)算法,即利用粒子个体极值的加权平均值,同时加入惯性权重.建立了移动机器人工作环境的栅格模型,利用Matlab软件进行移动机器人路径规划仿真分析.仿真结果表明:改进后的粒子群算法容易使粒子移动到最佳位置,加强了全局寻优能力,在复杂环境中搜索路径性能优于传统算法.     

基于虚拟障碍物的移动机器人路径规划方法

针对城市道路环境,将全局路径规划方法和局部路径规划方法相结合,提出了基于虚拟障碍物的路径规划方法.该方法首先采用A*算法得到一条全局最优的车道路径,然后根据全局最优的路径生成虚拟障碍物,最后将虚拟障碍物与传感器探知的实际障碍物融合,采用改进的向量直方图方法进行局部路径规划.该方法不仅能够充分利用已知环境信息生成全局最优...     

基于激光雷达的机器人改进人工势场路径规划研究

人工势场法路径规划需要建立在已知环境下障碍物分布位置的基础之上,而激光雷达传感器可以用于未知环境下障碍物分布位置的探测和获取,因此可以将两者结合,从而解决移动机器人未知环境下路径规划问题。该课题建立在人工势场法理论基础之上,在Matlab中构建路径规划仿真图形用户界面,利用机载激光雷达传感器探测获取障碍物的位置分布信息,通过串口将数据传输至Matlab软件中并显示。在Matlab软件下编写人工势场路径规划的实现算法,进行仿真实验。实验结果表明,传统人工势场法路径规划存在的两个问题,分析原因后给出一种改进的人工势场法,并在之前的图形用户界面下继续进行仿真实验。仿真结果表明：改进的人工势场法有效地实现了路径优化的目标。