基于可拓学的机器人路径规划方法研究

论文摘要

移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。路径规划技术是移动机器人研究领域的关键技术之一，是移动机器人完成任务的安全保障，是移动机器人智能化程度的标志，同时也是人工智能与机器人学的一个令人感兴趣的结合点。 可拓学是一门新学科，它专门研究处理矛盾问题的思维模型，因此必将渗入人工智能及其相关学科中。 基于物元分析和可拓学的可拓控制是智能控制的一个新分支。可拓控制通过引入物元的概念将系统的控制问题用物元模型来描述，系统中难以控制的问题便可以通过物元变换转化为可以控制的问题。本研究就是以此思想为基础，采用了可拓控制算法，对移动机器人路径规划问题进行了深入的研究。 本文的安排如下：第一章介绍了移动机器人路径规划的发展概况，以及移动机器人路径规划的内容和特点及课题的主要内容。第二章介绍了移动机器人路径规划技术，包括路径规划的定义、分类、特点等相关问题和几种典型的路径规划方法。并提出了本文的路径规划算法。第三章系统地介绍了可拓学的基本理论，重点阐述了可拓控制的理论。第四章建立了机器人的物元模型，分析了物元模型在不同环境下的应用。采用全局与局部路径规划结合的方法，引入可拓控制理论进行研究，并给出了相应的算法，最后在Matlab环境下进行了仿真研究。仿真结果表明可拓控制可以应用到机器人路径规划方法中，具有一定的可行性。第五章对全文做了总结，并对以后研究做了进一步的展望。总之，运用可拓学研究机器人路径规划无论是在机器人领域，还是在可拓学的人工智能领域都属首次尝试，具有重要的研究意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 移动机器人的历史与现状
• 1.1.2 移动机器人的特点
• 1.2 移动机器人主要研究的内容
• 1.2.1 路径规划问题的描述
• 1.3 研究本课题的目的和意义
• 1.4 论文的主要内容
• 2 移动机器人路径规划技术
• 2.1 路径规划概述
• 2.1.1 路径规划的分类及特点
• 2.2 几种路径规划方法
• 2.2.1 位姿空间法
• 2.2.2 图搜索法
• 2.2.3 人工势场法
• 2.2.4 模糊逻辑算法
• 2.2.5 蚁群算法
• 2.3 路径规划方法的新发展
• 2.4 本文提出的路径规划方法
• 2.5 本章小结
• 3 可拓学的基本理论与可拓控制策略
• 3.1 物元
• 3.1.1 物元的定义
• 3.1.2 多维物元
• 3.1.3 性质函数、节域和保名域
• 3.2 物元的可拓性及物元变换
• 3.2.1 物元的可拓性
• 3.2.2 物元变换
• 3.3 可拓集合与关联函数
• 3.3.1 可拓集合
• 3.3.1.1 可拓域和稳定域
• 3.3.1.2 物元可拓集合
• 3.3.1.3 物元可拓域和稳定域
• 3.3.2 关联函数
• 3.4 可拓控制策略
• 3.4.1 可拓控制的物元模型
• 3.4.2 可拓控制器的结构
• 3.4.3 基本可拓控制器的设计
• 3.4.3.1 关联度
• 3.4.3.2 测度模式
• 3.5 本章小结
• 4 基于可拓控制的路径规划方法及仿真研究
• 4.1 移动机器人的物元模型
• 4.2 避障控制算法
• 4.2.1 本文的物元模型
• 4.2.2 避障策略
• 4.3 可拓控制器的设计
• 4.4 仿真实验
• 4.4.1 单个障碍物的避障
• 4.4.2 两个障碍物的避障
• 4.4.3 多个障碍物的避障
• 5 总结与展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录