基于未知环境下的机器人遍历算法

论文摘要

智能清洁机器人的全区域覆盖路经规划,不同于一般意义上点到点的路径规划：点到点规划的目标是寻找一条从起始点到终点的无碰最优路径；而清扫机器人需采用区域充满的规划方法,其目标是在设定区域内寻找一条从始点到终点且经过所有可达点的连续路径。本文主要以清洁机器人在未知环境中的路经规划为设计核心,通过对机器人的自主避障、路经规划等技术的研究,提出一种适应性较强的路经规划方法。论文主要对清洁机器人运动学模型、定位方式、障碍检测、障碍形状判断、局部环境启发搜索的技术进行详细研究,提出了一种新的地图建模方法—障碍单元规范化法和一种新的障碍物划分的方法,并对各种不同类型的障碍物规划了相应的动作,还有基于上述环境建模方法的全局启发式搜索算法。论文具体工作包括：(1)分析了清洁机器人移动结构的运动学原理,设计了清洁机器人的功能模块和软硬件控制系统。(2)根据建立的模拟清扫机器人平台,提出清扫机器人启发路径搜索算法。利用软件模拟碰撞和红外检测,机器人根据模拟出来的功能先进行边缘行走,然后结合使用障碍单元规范化法建立环境边界地图,进行“Z”字全局清扫；当遇到障碍物时,启动障碍物应对策略,同时不断完善环境地图。通过计算机软件仿真进行实验,验证了该算法的有效性。(3)基于清扫机器人平台,提出清扫机器人启发搜索路经算法,并通过模拟实验检验算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 机器人技术的发展概况
• 1.2 室内清洁机器人概述
• 1.2.1 技术现状
• 1.2.2 国外产品状况
• 1.2.3 国内发展现状
• 1.3 清洁机器人避障
• 1.4 清洁机器人路径规划
• 1.4.1 全局路径规划
• 1.4.2 局部路径规划
• 1.5 论文主要研究内容
• 第二章 清洁机器人运动模型与定位
• 2.1 清洁机器人硬件结构
• 2.2 清洁机器人运动原理
• 2.3 清洁机器人的运动学分析与定位
• 2.4 本章小结
• 第三章 机器人控制系统
• 3.1 概述
• 3.2 机器人控制系统软件
• 3.3 机器人基本运动定义
• 3.4 本章小结
• 第四章 环境建模方法研究
• 4.1 概述
• 4.2 地图建立
• 4.3 小结
• 第五章 机器人避障及障碍物形状确定方法
• 5.1 概述
• 5.2 避障系统与路径规划的关系
• 5.3 障碍探测
• 5.4 障碍物形状的确定
• 第六章 最佳优先搜索算法
• 6.1 概述
• 6.2 算法使用启发式搜索模型
• 6.2.1 达到临界触发事件
• 6.2.2 局部清扫完成
• 6.2.3 固定状态空间元素更新事件
• 6.2.4 全局清扫完成
• 第七章 软件模拟及实验数据
• 7.1 概述
• 7.2 试验结果
• 第八章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附件