基于人工势场法机器人小车避障的研究

针对移动机器人的实时导航和避障设计了基于人工势场的控制算法,用该算法控制移动机器人能在未知的环境中,实时检测出障碍物,并实时规划出合理路径,稳定、平滑连续地向目标行驶,给出了机器人行驶的实验结果.通过小车车体方位计算确定了避障方法-人工势场法,即目标位置对移动机器人产生一种虚拟的吸引力,而障碍物对机器人产生一种虚拟的排斥力,这两种力的合成就决定了移动机器人的运动.通过对处于静态环境下的小车的路径进行了规划并进行计算机仿真.仿真结果表明,该人工势场法能有效地实现机器人小车的避障功能.     

基于双目光束法平差的机器人定位与地形拼接

为了实现自主移动机器人完成复杂智能任务,如路径规划和避障等,针对移动机器人在复杂未知环境中精确定位并对周围环境进行致密地形构建问题,提出一种基于双目光束法平差的机器人定位与致密地形拼接算法.利用安装在移动机器人上的立体相机获取图像序列,跟踪前后帧图像序列中的对应特征点,基于双目光束法平差优化(BBA)精确估计机器人位置姿态.对左右相机采集图像对进行立体匹配获取致密三维地形信息,结合定位时获取的旋转平移姿态,实现了地形的构建与拼接.实验结果表明,该算法具有较好的实时性和鲁棒性.     

未知环境下的移动机器人实时避障研究

针对未知环境下的移动机器人实时避障问题,设计了一种基于模板更新和模板匹配的避障算法.利用视觉传感器获取的场景信息与存储于机器人内部的模板图像进行匹配,确定机器人的可行区域和障碍区域.根据虚拟引力方法计算出机器人下一时刻的行进方向和行驶速度.鉴于场景光照变化情况,采用了一种基于粒子滤波的模板更新方法.为了验证算法的正确性和有效性,在室内不同的场景下做了大量的实验.实验结果表明:该方法能够实现可靠的障碍物检测,并引导机器人有效地躲避各种静态和动态障碍物,而且算法具有很好的实时性和鲁棒性.     

连续状态空间下机器人避障方法研究

针对机器人避障研究在连续状态空间下的环境泛化问题,提出一种基于深度强化学习的机器人避障方法。该方法引入像素点碰撞检测模块,并结合像素点碰撞模拟距离传感器,获得机器人与任意形态障碍物之间的距离和是否碰撞等信息。在深度强化学习过程中,移动机器人面对未知环境,通过行走获得经验数据训练神经网络,更新网络参数,优化机器人行为决策,实现避障任务。实验结果表明,在机器人避障过程中引入像素点碰撞检测能有效解决环境泛化问题,且动静态环境中训练出的网络模型具有较好的泛化能力。     

世界坐标系下非完整轮式移动机器人转弯轨迹的时域非微分描述方程

为了解决机器人路径规划模块在为非完整轮式移动机器人规划路径时,若要实现规划轨迹平滑且完全满足机器人的运动学约束,则需要精确的机器人工作环境的地图信息,从而大幅度地增加了路径规划算法的计算量的问题,首先利用较为粗略的环境地图信息规划路径,再将机器人转弯部分的路径进行函数插值,使整个路径规划满足机器人运动学约束且计算量增加较少.现有的机器人轨迹描述方程不能满足对机器人转弯轨迹进行精确插值的需要,因此提出分别利用曲线拟合法和泰勒插值法来构建非完整轮式移动机器人转弯轨迹的时域非微分描述方程.实验结果显示,所述机器人轨迹非微分时域描述方程可以用于对机器人路径规划的插值,降低了算法的计算量.     

模糊控制在移动机器人路径规划中的应用研究

利用模糊控制算法自身所具有的鲁棒性,对室内移动机器人的路径规划进行研究.将模糊控制应用于机器人的路径规划中,提出了以墙壁为基本参照物,顺时针为主方向的路径规划策略,经多次实验建立了模糊控制表,无需图像处理,无需精确的环境模型,实现了机器人路径规划和快速避障,并最终在室内静态环境下实现了机器人的准确定位.     

三维环境下基于反步法的多机器人编队控制

针对两轮式移动机器人在复杂环境下的编队控制问题,提出一种基于虚构领航法和反步法,并结合人工势场法策略的多机器人避障编队算法。首先,详细分析多机器人系统在三维空间下的编队模型,并利用空间投影方法将其映射到二维平面进行分析。其次,将运动学模型转化为链式形式,并通过正则坐标变换,将误差系统形式转换成串联非线性系统。然后运用Backstepping方法构造轮式机器人追踪系统的Lyapunov函数,设计出针对轮式机器人的轨迹跟踪控制器。再结合人工势场法避障策略,完成多机器人复杂环境下的编队任务。最后,通过多机器人轨迹跟踪的两组仿真实验,验证了所提出方法的有效性。     

基于几何算法的静态环境中移动机器人路径规划的研究

基于Pioneer Ⅱ DXE移动机器人，旨在解决静态环境中移动机器人与障碍物发生碰撞的可能性判断和避开障碍的路径规划。提出了采用几何计算的方法判断机器人和障碍物之间发生碰撞的条件，将基本避开理论和几何算法有机结合起来，获得切线最短路径，提高机器人避开障碍的效率，并通过仿真实验验证该算法的正确性和可行性。     

基于Leader-follower与人工势场的多移动机器人编队控制

目的 提出一种基于Leader-follower法和人工势场法相结合的多移动机器人编队控制方法,从而克服传统Leader-follower法中由微分方程确定的控制率无法将队形控制与避障统一的缺点.方法 确定关于参数l和φ的人工势场函数,通过控制参数l和φ,使多移动机器人保持预定队形;机器人follower通过主动避障方法躲避障碍物,确定一个总的人工势场控制队形和避障.结果 算法能使多移动机器人系统成功地进行编队和避障.结论 通过仿真试验,机器人系统能够顺利通过狭窄通道,躲避静态障碍物和动态障碍物,并在避障后恢复队形,顺利到达目标,算法简单,从而验证了算法的有效性.     

基于双目视觉的机器人局部路径规划

目的提出移动机器人利用双目视觉在不确定的环境中实现自主避障和导航的一种新方法．方法以视觉信息为决策依据，利用神经网络对障碍物的屏幕坐标和实际相对坐标进行非线性映射，在避障过程中只考虑障碍物相对于机器人的运动及可能的碰撞方式，无需考虑机器人和障碍物的运动速度和运动方向．结果映射点偏离屏幕中心误差越大，障碍物距离机器人越远，确定避碰策略越困难；而当障碍物距离机器人较近时确定避碰策略较容易．该方法计算量少，运算时间短，提高了机器人的实时性．结论仿真试验表明此种方法能有效避开障碍物顺利到达目标点，并减少了计算规模，提高了实时性．     

基于视觉信息的移动机器人动态避障方法

为了提高自主移动机器人的动态避障能力,提出了一种基于视觉信息的拟人动态避障方法,以视觉信息为决策依据,利用神经网络对障碍物的屏幕坐标和实际相对坐标进行非线性映射,在避障过程中只考虑障碍物相对于机器人的运动及可能的碰撞方式,无需考虑机器人和障碍物的运动速度和运动方向,仿真试验证明这种方法是可行而有效的．     

移动机器人的避障模糊算法

超声波传感器是移动机器人避障常采用的传感器,但是存在缺点,如三角误差,多次反射.采用多个超声波传感器的模糊避障算法,通过此算法,降低干扰,用VB编写了仿真软件,对算法进行可行性的分析.结果表明,该模糊算法可以实现机器人的安全避障.     

记忆运动方向的机器人避障算法

在一般的避障环境中,Tangentbug算法表现的非常鲁棒,但当避障环境中有对称障碍物的时候,Tangentbug算法容易产生路径的死循环,从而导致终点不可到达.然而在机器人避障过程中,对称障碍物是非常常见的.针对这个问题,提出了基于记忆机器人运动方向的Tangentbug算法.该算法中,机器人每经过一个位置点,就把当前位置点和选择的运动方向记录下来,为后面的更新运动方向做好准备.首先,机器人扫描到障碍物时计算出机器人与障碍物的相遇方向;其次,根据障碍物的边缘,统计局部地图信息,得到局部切线图,找到离终点和当前点距离和最近的点作为机器人的下一个目标点,得到机器人的运动方向;然后,在机器人绕行障碍物时结合记忆的运动方向和局部切线图产生的最小距离和更新下一步运动方向.在整个避障过程中,不停的更新相遇方向和运动方向,最终实现机器人的直行和绕行,从而到达终点.通过大量实验验证,实验结果表明该算法不仅可以实现机器人在对称障碍物环境中顺利到达终点,也可以在非对称障碍物环境中达到终点,验证了该算法的有效性和鲁棒性.     

基于改进势场栅格法的清洁机器人路径规划算法研究

针对人工势场法中机器人在障碍物附近震荡而无法到达目标点、存在陷阱区域、临近的障碍物之间不能发现路径等问题,提出了一种改进的势场栅格算法.结合牛耕式全覆盖路径规划算法使机器人在已知环境势场模型中快速静态规划出全局最优清扫路径,通过激光雷达与势场合力运算使其具备无碰撞的避障能力.在实际系统的实验验证结果表明,本算法能够使清洁机器人以更短路径遍历环境及增强避障能力,提高了清洁机器人的安全性与工作效率,具有实际应用价值.     

未知环境下机器人避障及动态目标追踪

针对传统人工势场法在避障及其动态目标追踪过程中产生的机器人陷入局部极小值点、无法到达目标、避障追踪路径产生震荡等问题,对传统人工势场法的引力公式和斥力分力方向进行了重新定义.在引力公式中加入速度差与加速度差因子,将斥力分力方向重新定义为与引力方向夹角不大于90°的方向,并且将该优化思想与现有的改进人工势场法进行了对比分析.结果表明,该算法可行且提高了机器人避障和动态目标追踪的灵活性以及对恶劣环境的适应能力.     

一种移动机器人的全局动态运动规划方法

将遗传算法用于移动机器人的动态避障运动规划,使机器人在满足速度及加速度约束的前提下,按规划的运动规律运动,在实现动态避障的同时,从起始点到目标点耗时最少．为利用遗传算法实时、稳定地进行动态运动规划,将复杂的二维编码问题简化为一维编码问题,把边界约束、速度和加速度约束、动态避障、耗时最少要求融合为一个简洁的适应度函数．仿真实验表明了该方法的有效性．     

移动机器人模糊控制系统避障研究

对全区域覆盖的局部路径规划,采用了一种模糊控制算法,利用模糊控制算法自身所具有的鲁棒性和基于生物学上的感知-动作的行为相结合.对于移动机器人的避障系统提出了充分接近障碍策略,并对相关理论和实现方法作了深入的研究.     

面向抓取任务的移动机器人停靠位置优化方法研究

为了解决移动机器人在复杂环境中物体抓取规划成功率低以及规划时间长等问题, 本文提出了一种基于环境信息的预处理生成移动机器人停靠位置优化算法。首先对机械臂的工作空间进行分析, 得到抓取难易评价标准, 将环境中目标物、障碍物以及移动底盘位置简化为点, 投影到xy平面上, 根据抓取难易评价标准求出移动机器人优化后的底盘停靠位置; 然后针对机械臂避障问题, 采用快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Trees, RRT)算法实现了机械臂末端及连杆与障碍物的避障; 最后通过仿真和动作捕捉系统下的实验发现, 采用移动机器人停靠位置优化算法可显著提高抓取规划成功率和规划速度。