一种基于区域划分的机器人路径规划策略设计.pdf
《一种基于区域划分的机器人路径规划策略设计.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一种基于区域划分的机器人路径规划策略设计.pdf(4页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、中国科技信息 2024 年第 5 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024-80-三星推荐随着智能机器人技术的飞速发展和人们生活品质的不断提高,家庭服务机器人逐渐进入了我们的日常生活,例如扫地机器人、巡视机器人、娱乐机器人等。然而,高效的路径规划策略是移动机器人能否高质量完成服务任务的关键因素。机器人路径规划是指在包含障碍物和隔墙等已知或未知环境中为完成其服务任务而进行最优运动路径搜索的行为。该路径不但具备“成功完成服务任务”“顺利绕开障碍物”等固有属性,同时还满足“覆盖面积最大”“花费时间最短”和“能量消耗最低”等优化指标。目前,针
2、对服务机器人的全覆盖路径规划研究方法主要有可视图法、最优控制法、栅格法、神经网络法等。根据环境信息是否已知,机器人路径规划分为环境信息已知的静态路径规划和环境信息未知或半未知的动态路径规划。高效全覆盖的路径规划给机器人执行任务时提出了两点要求:一是历遍栅格化环境的所有位置;二是在满足全覆盖的基础上完成任务所付出的代价最小。根据障碍物栅格化建模的原则,复杂环境中所有障碍物都可以简化为一组占据多个栅格的矩形集合。如图 1 所示,是一个家庭环境栅格化后的模型,为了体现其复杂性,设置了 8 个相对独立的房间,每个房间的尺寸、布局和障碍物等各不相同。面对如此复杂的环境,机器人如何实现最优路径规划是一个值
3、得深究的问题。因此,本文提出了一种基于不行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度一种基于区域划分的机器人路径规划策略设计袁 璐袁 璐中国电子科技集团公司第二十八研究所图 1 家庭环境栅格化模型-81-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024中国科技信息 2024 年第 5 期三星推荐同区域的分层路径规划策略,针对每层区域的特点采用相应的路径规划算法实现了机器人在复杂环境中高效全覆盖的路径规划目标。复杂室内环境建模在家庭环境下障碍物可谓复杂多变,主要分为静态障碍物(如桌子、沙发、衣柜等)和动态障碍物(人
4、、凳子、花盆等)。另外,障碍物的形状和尺寸各不相同,这也使得机器人路径规划困难重重。为了实现安全高效全覆盖的路径规划目标,机器人在执行服务任务时需要进行复杂环境建模。本文首先根据机器人尺寸对环境中障碍物建立栅格化模型。如图 2 所示,棕色多边形表示障碍物,黑色栅格表示非障碍物但被障碍物占据的区域,考虑到机器人安全性,在路径规划时黑色栅格也作为障碍物处理。将障碍物栅格化建模不仅为机器人的运动预留了安全距离,也符合机器人高效全覆盖路径规划的原则(如果不将黑色栅格看作障碍物,由于机器人的尺寸限制,按照规划的路径经过这些栅格时将无法通过,不但增加了计算成本,也无法完成服务任务)。高效全覆盖的最优路径规
5、划策略最小代价包含最小重复率、最短时间和最少停止次数(最低能量消耗)等三个指标。假设路径规划的性能用代价函数 f(,t,n)表示,其中,为重复率,t 为消耗时间,n 为停止次数。在整个任务的执行过程中,机器人存在以下五个状态:停止、加速运动、匀速运动、减速运动和转向。设机器人本体尺寸直径为 d,转向时间为(),其中 为转向角度,匀速运动的速度为v。假设机器人可以在 d 长度内从停止状态加速到 v 并匀速运动或者以 v 匀速运动状态减速到停止状态。设机器人服务区域的入口位置为 P_S,出口位置为 P_E。下面将根据复杂环境的分层模型分别从全局非连通区域、全局连通区域和局部区域进行机器人服务任务最
6、优路径规划。全局非连通区域路径规划为确保机器人在清洁后能够及时充电,本文规定机器人起始点为固定位置,以每一个房间为独立单元,构建全局非连通区域模型,如图 3 所示。把每个房间的出口作为一个节点,节点与节点间用线段连接,以两者之间的代价函数为权图 2 复杂环境中障碍物栅格化模型值,构建赋权图,如图 4 所示。如果两点之间没有线段相连,定义其代价为无穷大,用表示。为了保证机器人能够以最小代价完成全覆盖服务工作,本文根据无向图中节点之间的关联信息构建了邻接矩阵,采用遗传算法实现搜索路径组合优化问题。具体的路径规划步骤如下。Step1.编码与解码。本文将各个节点的服务区域序号用A-H 表示,采用序号排
7、列组合的方法进行编码,即个体(染色体)表示规划路径序列。根据编码获得遗传空间的基因型串结构数据,并输出对应的距离矩阵。Step2.群体初始化。通过随机方法产生由若干初始解而组成的初始群体。Step 3.适应度评估。采用适应度对搜索路径的优劣进行评估并作为遗传操作的依据。如表1所示,设置各节点坐标,利用马氏距离计算公式,任意两节点间距离为:()()22ijijijdxxyy=+(1)图 3 全局非连通区域模型图图 4 全局非连通区域赋权图中国科技信息 2024 年第 5 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024-82-三星推荐个体的路径
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 一种 基于 区域 划分 机器人 路径 规划 策略 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。