基于超声波定位的机器人路径规划

论文摘要

随着机器人技术的发展和广泛应用,移动机器人渐渐走入人们的家庭生活。移动机器人在室内环境的运动规划成为其研究的一个重要方向。室内环境包括家庭、敬老院、博物馆、机场、仓库、养殖场等,移动机器人想在室内运动,需要定位系统提供自身位置信息、环境信息和路径规划。本课题综合多项技术,面向实际应用在技术应用方法上做出了一定的创新工作,改进了路径规划,完成了室内定位系统的研发和室内环境信息的建模。并通过仿真和实际机器人完成了实验验证。具体工作分为以下几点:设计和实现了超声波定位系统的硬件部分和通信协议,选择三边测量法完成受控物体在运动空间的位姿计算。此处选受控对象为机器人,也可以是人、动物及需要定位和获取相关信息的移动物体等。提出建立未知环境地图的方法。机器人在位置已知的情况下,沿工作环境边缘行走一个封闭的曲线,对环境的大小进行一个全面的感知,建立环境的轮廓,用栅格法表示。最后在未知环境栅格化的基础上应用深度优先算法遍历整个可行的工作空间,搜索出所有的可行路径的同时也就知道了所有的障碍物,建立了室内环境地图。改进经典A*路径搜索算法,实现了机器人了从起点到终点的全局最优路径规划。该路径搜索算法考虑了机器人在行走过程中的转向问题,节省机器人行走时间,降低行走难度。利用实现的超声波定位系统采集试验数据,计算移动物体位置,验证系统的可靠性。通过仿真验证了本课题提出的未知环境的建模和改进的A*路径规划算法的正确性。最后通过MT-R机器人完成全局路径规划实验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 MT-R 机器人
• 1.3 课题相关技术
• 1.3.1 室内定位系统
• 1.3.2 室内环境建模方法
• 1.3.3 路径规划算法
• 1.4 本文研究内容及组织结构
• 2 超声波网络定位系统设计与实现
• 2.1 超声波测距原理
• 2.2 系统设计与实现
• 2.2.1 系统结构设计
• 2.2.2 系统硬件组成
• 2.2.3 系统通信模块设计
• 2.3 定位算法
• 2.3.1 常见的超声波网络定位算法
• 2.3.2 具体位置计算
• 2.4 本章小结
• 3 基于栅格的DFS 室内地图建立
• 3.1 栅格法
• 3.1.1 栅格法
• 3.1.2 栅格法的两种表示方法
• 3.1.3 室内环境栅格法建模步骤
• 3.2 未知环境的栅格地图建立
• 3.2.1 深度优先和广度优先算法比较
• 3.2.2 基于DFS 遍历的室内栅格地图建立
• 3.3 本章小结
• 4 基于A*算法的全局路径规划
• 4.1 A*算法的改进
• 4.1.1 A*算法
• 4.1.2 A*算法改进点
• 4.2 基于A*算法改进的全局寻路
• 4.2.1 估价函数的选取
• 4.2.2 全局寻路算法流程
• 4.3 本章小结
• 5 超声波定位实验与路径规划仿真
• 5.1 超声波网络定位系统实验
• 5.2 基于DFS 的栅格地图仿真
• 5.3 A*改进算法全局路径规划仿真
• 5.4 MT-R 机器人实验
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文