【摘要】：現(xiàn)階段,移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)是科學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一,路徑規(guī)劃算法是移動(dòng)機(jī)器人的一個(gè)重要研究方向。隨著其應(yīng)用范圍的不斷拓寬,移動(dòng)機(jī)器人將會(huì)朝著更加智能化和人性化的方向發(fā)展,這就使得移動(dòng)機(jī)器人對(duì)路徑規(guī)劃的準(zhǔn)確度要求越來(lái)越高。基于采樣的快速擴(kuò)展隨機(jī)樹(shù)(Rapidly-exploring Random Tree,簡(jiǎn)稱RRT)算法由于不需要環(huán)境建模,具有較強(qiáng)的搜索性而得到廣泛的應(yīng)用,但是其自身的隨機(jī)性強(qiáng)、收斂速度慢等問(wèn)題制約著移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃的效率。因此,本文以路徑規(guī)劃RRT算法作為研究對(duì)象,完成了算法的優(yōu)化和改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了輪式機(jī)器人的路徑規(guī)劃功能。主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,針對(duì)RRT算法自身的隨機(jī)性強(qiáng),收斂速度慢等問(wèn)題提出改進(jìn)RRT算法,通過(guò)改變關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的選取范圍,在變概率指導(dǎo)策略的基礎(chǔ)上對(duì)路徑進(jìn)行優(yōu)化,并通過(guò)不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境驗(yàn)證改進(jìn)算法的效果,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其加快了收斂速度、有效改善了路徑的質(zhì)量。其次,為了進(jìn)一步降低無(wú)效節(jié)點(diǎn)數(shù)量,提高算法的收斂速度,提出了改進(jìn)雙向RRT(Bidirectional RRT,簡(jiǎn)稱Bi-RRT)算法。通過(guò)對(duì)擴(kuò)展樹(shù)Ta新節(jié)點(diǎn)Xnew的選取設(shè)置范圍,找出幾何距離值最小的節(jié)點(diǎn)Xnew',并將其作為擴(kuò)展樹(shù)Ta的臨時(shí)目標(biāo)點(diǎn)構(gòu)建擴(kuò)展樹(shù)Tb,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)Bi-RRT算法降低了無(wú)效采樣點(diǎn)的數(shù)量,縮短了算法的運(yùn)行時(shí)間。最后,在自主搭建的輪式機(jī)器人平臺(tái)上,通過(guò)ROS系統(tǒng)中的Gmapping功能包構(gòu)建真實(shí)環(huán)境地圖并配置路徑規(guī)劃關(guān)鍵參數(shù),驗(yàn)證了實(shí)際場(chǎng)景下改進(jìn)算法的可行性和實(shí)用性。
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242
【圖文】：

邐天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文邐逡逑以到達(dá)的外太空、深海、火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)和輻射區(qū)等場(chǎng)所［４＜。爬行式機(jī)器人（圖ｌ－２ｃ）逡逑從仿生學(xué)的角度：６］可以分為螳螂式、蜘蛛式、蛇形、尺蠖式等，而從功能用途的逡逑角度［７］可以將其分為焊弧式、檢測(cè)式、清洗式、巡線式和玩具類等，不同的爬行逡逑機(jī)器人有著各自特殊的用途。輪式機(jī)器人（圖ｌ－２ｄ）是移動(dòng)機(jī)器人中應(yīng)用最為廣逡逑泛的一種，具有極大的靈活性和轉(zhuǎn)向性，能夠?qū)崿F(xiàn)零回轉(zhuǎn)半徑且易于控制［８＜。逡逑「室外機(jī)器人逡逑

１＿３）具有一定的記憶和辨識(shí)能力，有效融合了人工智能技術(shù)，不僅可以預(yù)先設(shè)計(jì)逡逑—些人類特有的動(dòng)作，還能夠按照人類的聲音、手勢(shì)等指令完成相應(yīng)的動(dòng)作：１２］。逡逑２０１１年，美國(guó)波士頓動(dòng)力公司最新研制的軍用機(jī)器人“Ｐｅｔｍａｎ”（圖１－４）能夠模逡逑擬人類生理學(xué)中的自我保護(hù)功能，對(duì)自身的體溫、濕度和排汗量等合理調(diào)控，具逡逑有非常大的靈活性，能夠應(yīng)用于檢驗(yàn)防護(hù)服性能［１３］。作為全球移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展最逡逑快的國(guó)家，丹麥在２０１８年首次向中國(guó)亮相ＭｏｂｉｌｅｌｎｄｕｓｔｒｉａｌＲｏｂｏｔｓ機(jī)器人（簡(jiǎn)稱逡逑ＭｉＲ５００，圖１－５）。該款機(jī)器人在物流運(yùn)輸領(lǐng)域取得較大突破，它的升舉能力高逡逑達(dá)５００邋ｋｇ，移動(dòng)速度高達(dá)７．２ｋｍ／ｈ，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)收集、運(yùn)輸和配送各種托盤(pán)的功逡逑能，能夠利用先進(jìn)技術(shù)檢測(cè)到周圍３６０°范圍內(nèi)的所有障礙物，并且在人員和障礙逡逑物之間自由穿梭，較好地實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人的自主導(dǎo)航功能［１４］。逡逑３逡逑

Ｆｉｇ．邋１－５邋ＭｉＲ５００邋ｒｏｂｏｔ逡逑在國(guó)內(nèi)，移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)雖然起步相對(duì)較晚，但是隨著時(shí)間的推移和高新技逡逑術(shù)的發(fā)展，在專家學(xué)者的共同努力下，機(jī)器人技術(shù)的研宄獲得了歷史性的突破，逡逑取得了令人稱贊的豐碩成果。例如，２０００年成立的新松機(jī)器人公司研制的移動(dòng)逡逑機(jī)器人（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ邋Ｇｕｉｄｅｄ邋Ｖｅｈｉｃｌｅ，邋ＡＧＶ）是唯一具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一款機(jī)器逡逑人［１５］。阿里巴巴旗下研制的�。前徇\(yùn)機(jī)器人［１６］采用視覺(jué)識(shí)別、激光導(dǎo)航并行逡逑ＳＬＡＭ定位系統(tǒng)，通過(guò)深度學(xué)習(xí)識(shí)別障礙物并結(jié)合自適應(yīng)粒子濾波進(jìn)行軌跡預(yù)逡逑測(cè)，實(shí)現(xiàn)了車間無(wú)人智能搬運(yùn)功能。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研發(fā)的導(dǎo)游機(jī)器人［１７］具備良逡逑好的人機(jī)交互能力，能夠?qū)崿F(xiàn)自主移動(dòng)和避障等功能。上海交通大學(xué)研制的智能逡逑輪椅：１８］融合了陀螺儀、激光和視覺(jué)等多個(gè)傳感器，通過(guò)多信息融合算法創(chuàng)建周圍逡逑環(huán)境地圖，具有定位精度高的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在復(fù)雜環(huán)境下定位和自主導(dǎo)航功能。逡逑中科院自動(dòng)化研究所研制的移動(dòng)機(jī)器人ＣＬＩＭＢＥＲ＾，是我國(guó)第一臺(tái)復(fù)合型移動(dòng)逡逑機(jī)器人，該款機(jī)器人裝載了超聲波、紅外傳感器和ＣＣＤ攝像頭等多類型傳感器，逡逑實(shí)現(xiàn)了非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的自主導(dǎo)航和避障功能。隨著人工智能的發(fā)展，這些新興的逡逑

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