割草機器人路徑規(guī)劃及避障算法的研究.pdf

1、隨著城市綠化進程逐漸加快以及草坪業(yè)迅猛發(fā)展,每年城市草坪、高爾夫球場等公共綠地的修剪需要消耗大量的時間、資金和人力,因此研制出割草機器人,將勞動力從高重復、枯燥的割草作業(yè)中解放出來已成為社會發(fā)展的必然趨勢。在割草機器人相關技術的研究中,路徑規(guī)劃是其研究的核心技術之一,而避障和全區(qū)域覆蓋則是路徑規(guī)劃中的重要環(huán)節(jié)。
　　 針對割草機器人全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃的問題,在首先通過分析幾種典型環(huán)境建模方法的基礎上,提出一種柵格法與拓撲圖法相結

2、合的策略,為割草機器人構建環(huán)境模型,該方法簡單、有效,具備兩者優(yōu)點,特別適用于全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃。其次,對全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃問題進行詳細的數(shù)學描述和性能指標分析,采用迂回式行走方式,結合遺傳算法,在未知環(huán)境中尋找一條性能最優(yōu)的路徑,使機器人實現(xiàn)全區(qū)域覆蓋。在割草機器人實現(xiàn)全區(qū)域覆蓋的過程中,機器人既要高效、無遺漏、無重復地覆蓋整個區(qū)域,又要避開草坪內的各種障礙物。針對割草機器人的避障問題,本文首先分析了幾種常用的避障路徑規(guī)劃方法,由于傳

3、統(tǒng)的人工勢場法存在局限性,使機器人易陷入局部極小,無法脫離障礙物順利達到目標位置,因此本文提出了填平勢場與模擬退火算法相結合的策略對此進行改進,并且從理論上說明改進算法的可行性與有效性。
　　 為了驗證改進算法的合理性及實用性,本文針對全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃問題和避障問題分別進行了仿真實驗,從仿真結果可以看出,遺傳算法不僅具備收斂性好、魯棒性高的優(yōu)點,而且全局搜索能力強,保證了機器人全區(qū)域覆蓋的可能性和有效性,提高了路徑規(guī)劃的質量和