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文檔簡介
1、xx大學xx屆畢業(yè)論文0一、緒論(一)引言移動機器人技術(shù)是一門多科學交叉及綜合的高新技術(shù),是機器人研究領(lǐng)域的一個重要分支,它涉及諸多的學科,包括材料力學、機械傳動、機械制造、動力學、運動學、控制論、電氣工程、自動控制理論、計算機技術(shù)、生物、倫理學等諸多方面。第一臺工業(yè)機器人于20世紀60年代初在美國新澤西州的通用汽車制造廠安裝使用。該產(chǎn)品在20世紀60年代出口到日本,從20世紀80年代中期起,對工業(yè)機器人的研究與應用在日本迅速發(fā)展并步入
2、了黃金時代。與此同時,移動機器人的研究工作也進入了快速發(fā)展階段。移動機器人按其控制方式的不同可以分為遙控式、半自動式和自主式三種;按其工作環(huán)境的不同可以分為戶外移動機器人和室內(nèi)機器人兩種。自主式移動機器人可以在沒有人共干預或極少人共干預的條件下,在一定的環(huán)境中有目的的移動和完成指定的任務。自主式移動機器人是一個組成及結(jié)構(gòu)非常復雜的系統(tǒng),具有加速、減速、前進、后退以及轉(zhuǎn)彎燈功能,并具有任務分析,路徑規(guī)劃,導航檢測和信息融合,自主決策等類似
3、人類活動的人工智能。(二)移動機器人的主要研究方向1.體系結(jié)構(gòu)技術(shù)1)分布式體系結(jié)構(gòu)分布式體系結(jié)構(gòu)【1.2.3】是多智能體技術(shù)在移動機器人研究領(lǐng)域的應用。智能體是指具有各自的輸入、輸出端口,獨立的局部問題求解能力,同時可以彼此通過協(xié)商協(xié)作求解單個或多個全局問題的系統(tǒng)。移動機器人系統(tǒng),特別是具有高度自組織和自適應能力的系統(tǒng),它們的內(nèi)部功能模塊與智能體相仿,因此可以應用多智能體技術(shù)來分析和設(shè)計移動機器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),實現(xiàn)系統(tǒng)整體的靈活性和高智
4、能性。在分布式體系結(jié)構(gòu)中,各個功能模塊具有不同的輸入輸出對象和自身的不同功能,并行各工作,整個系統(tǒng)通過一個調(diào)度器實現(xiàn)整體的協(xié)調(diào),包括制定總體目標、任務分配、運動協(xié)調(diào)和沖突消解等。2)進化控制體系結(jié)構(gòu)面對任務的復雜性和環(huán)境的不確定性以及動態(tài)特性,移動機器人系統(tǒng)應該具有主動學習和自適應的能力。將進化控制的思想融入到移動機器人體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計中,使得系統(tǒng)哎具備較高反應速度大的同時,也具備高性能的學習和適應能力。文獻【4】提xx大學xx屆畢業(yè)論文
5、2使用一種爬山算法搜索可能的平移與轉(zhuǎn)動空間,來消除推測航行法的誤差累積。陸標定位【13】是在移動機器人工作的環(huán)境里,人為地設(shè)置一些已知的陸標,如超聲波發(fā)射器、激光反射板等,通過對陸標的探測來確定機器人自身的位姿。2)導航技術(shù)全局路徑規(guī)劃包括環(huán)境建模和路徑搜索策略兩個問題。其中環(huán)境建模的主要方法有:可視圖法、自由空間法和柵格法等??梢晥D法【15】視機器人為一點,將機器人、目標點和障礙物各頂點之間以及各障礙物頂點和頂點之間的連線,均不能穿越
6、障礙物,即直線是可視的。搜索最優(yōu)路徑的問題就轉(zhuǎn)化為從起點到目標點經(jīng)過這些可視直線的最短距離問題。VonoiDiagrams法和TangentGraph法【16】對可視圖法進行了改進;自由空間法應用于機器人路徑規(guī)劃,采用預先定義的如廣義錐形和凸多邊形【17】等基本形狀構(gòu)造自由空間,并將自由空間表示為連通圖,通過搜索連通圖來進行路徑規(guī)劃。該法以柵格為單位記錄環(huán)境信息,環(huán)境被量化具有一定分辨率的柵格,柵格的大小直接影響著環(huán)境信息存儲量的大小和
7、規(guī)劃時間的長短。柵格劃分打了,環(huán)境信息存儲量小,規(guī)劃時間按短,但分辨率下降,在密集環(huán)境下發(fā)現(xiàn)路徑的能力減弱;柵格劃分小了環(huán)境分辨率高,在密集環(huán)境下發(fā)現(xiàn)路徑的能力強,但環(huán)境信息存儲量打,規(guī)劃時間長,可采用改進的柵格法【19】彌補柵格法的不足。路徑搜索策略主要由:A算法【20】和D最優(yōu)算法【21】等。局部路徑規(guī)劃的主要方法有:人工勢場法(ArtificialPotentialField)、遺傳算法(GeicAlgithm)和模糊邏輯算法(F
8、uzzyLogicAlgithm)等。人工勢場法【22】是由Khatib提出的一種虛擬力法。其基本思想是將機器人在環(huán)境中的運動視為一種虛擬的人工受力場中的運動。障礙物對機器人產(chǎn)生斥力,目標點產(chǎn)生引力,引力和斥力的合力作為機器人的加速力,來控制機器人的運動方向和計算機器人的位置。J.Holl【24】在60年代初提出了遺傳算法,以自然遺傳機制和自然選擇等生物進化理論為基礎(chǔ),構(gòu)造了一類隨機搜索算法。它是利用選擇、交叉和變異來培養(yǎng)控制機構(gòu)的計算
9、程序,在冒種程度上對生物進化過程做數(shù)學方式的模擬。它不要求適應度函數(shù)是可導或連續(xù)的,而只要求適應度函數(shù)為正,同時作為并行算法,它的隱并行性適用于全局搜索?;趯崟r傳感信息的模糊邏輯算法【25】參考人的駕駛經(jīng)驗,通過查表得到規(guī)劃信息,實現(xiàn)局部路徑規(guī)劃。該方法克服了勢場易產(chǎn)生的局部極小問題,適用于時變未知環(huán)境下的路徑規(guī)劃,實時性較好。3.運動控制策略運動控制就是控制移動機器人按規(guī)定的軌跡運動,控制器的好壞對機器人的性能有著直接影響,因此這部
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