有向物体的路径规划研究

论文摘要

传统的对路径规划问题的研究,往往将研究对象简化为质点,将起始和目标点看作为标量点,来达到简化问题的目的。模型虽然得到了简化,但造成简化模型不能完全真实反映现实的问题,这样的简化模型只对有些情况适用。针对以上不足,本文以具有形状约束和运动约束的有向物体为研究对象,对传统的路径规划进行改进。论文根据有向物体的特点分析了有向物体路径规划的特点,找到了一种适用于有向物体的路径规划方法。本算法将有向物体的运动分解为两种:沿路径主线的运动和避障运动。有向物体在沿路径主线运动的过程中,对周围环境障碍物进行实时地干涉检测,检测到干涉时进行避障运动。对于路径主线的制定,本文采用切圆弧或双圆弧曲线来描述路径,根据不同的初始位姿和目标位姿选择曲线,这两种曲线路径光滑简单,有向物体易于实现此路径。在对有向物体进行实时干涉检测时,本文首先提出了有向物体的干涉判别方法,然后采用了预检测和精确检测结合的方法进行干涉检测。在有向物体避障运动中,有向物体沿障碍物边界运动,直到运动到障碍物边界上某点,这点是有向物体对目标点的可视点,此时避障结束,避障段路径由圆弧段和直线段组合而成。避障结束后重新规划路径主线,如此循环直到到达目标位姿。本文最后研究了多运动物体的路径规划问题,对多个运动物体进行路径规划时,采用基于物体运动优先级的“停-等”策略。当运动物体检测到与另一个运动物体发生干涉冲突时,判断彼此的运动优先级,优先级高的沿原路线前进,优先级低的停止等待,此时优先级低的运动物体作为障碍物处理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 有向物体路径规划研究的意义
• 1.1.1 有向物体概述
• 1.1.2 有向物体路径规划的目的和意义
• 1.2 路径规划概述
• 1.2.1 路径规划的定义
• 1.2.2 路径规划的特点
• 1.2.3 路径规划的分类
• 1.3 路径规划研究的国内外现状
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 有向物体的路径规划方法研究
• 2.1 有向物体及其路径特点
• 2.1.1 有向物体定义
• 2.1.2 有向物体的特点
• 2.1.3 有向物体路径的特点
• 2.2 路径规划方法的综合分析与比较
• 2.2.1 常用路径规划方法概述
• 2.2.2 各种方法综合分析
• 2.2.3 有向物体路径规划的方案设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 有向物体的路径描述与干涉检测
• 3.1 引言
• 3.2 有向物体模型
• 3.2.1 有向物体位姿描述
• 3.2.2 有向物体运动学模型
• 3.3 采用切圆弧和双圆弧的路径描述
• 3.3.1 问题提出
• 3.3.2 切圆弧的路径描述
• 3.3.3 双圆弧的路径描述
• 3.3.4 路径描述方式选择
• 3.4 有向物体干涉检测
• 3.4.1 有向物体干涉判别
• 3.4.2 干涉检测方法
• 3.4.3 有向物体静态干涉检测
• 3.4.4 有向物体动态干涉检测
• 3.5 本章小结
• 第4章 有向物体路径规划算法实施
• 4.1 引言
• 4.2 环境模型建立
• 4.2.1 环境模型描述
• 4.2.2 单障碍物表示
• 4.2.3 多障碍物表示
• 4.3 算法实施
• 4.3.1 算法实施流程
• 4.3.2 避障的实现
• 4.3.3 路径的选择
• 4.4 多运动物体路径规划
• 4.4.1 多运动物体路径规划策略
• 4.4.2 多运动物体路径规划流程
• 4.5 本章小结
• 第5章 有向物体路径规划系统建立及仿真
• 5.1 系统总体框架
• 5.2 功能模块介绍
• 5.2.1 初始化模块
• 5.2.2 生成路径模块
• 5.2.3 仿真模块
• 5.2.4 导出路径模块
• 5.3 仿真及分析
• 5.3.1 初始路径的生成
• 5.3.2 单障碍物路径演示
• 5.3.3 多障碍物路径演示
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢