基于NAO機(jī)器人的路徑規(guī)劃研究.pdf

1、NAO機(jī)器人是一款多用途仿人機(jī)器人，它憑借著出色的外形以及先進(jìn)的人機(jī)交互體系慢慢走進(jìn)了人們的日常生活之中，但是如果希望NAO機(jī)器人在家中能夠像人類一樣自由的行動(dòng)，完全聽從人類的指令完成各類任務(wù)，則需要機(jī)器人能夠像人類一樣看見周圍的環(huán)境，并根據(jù)環(huán)境的變化合理安排自己的行走路線，到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)再完成后續(xù)任務(wù)。
　　本文結(jié)合NAO機(jī)器人的行走特點(diǎn)及自身所配置的傳感器類型，為NAO機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)置一套行之有效的路徑規(guī)劃策略，以保證NAO機(jī)器

2、人能夠在復(fù)雜的環(huán)境中自由的行走。
　　在路徑規(guī)劃中最核心的內(nèi)容無疑是路徑規(guī)劃算法，本文所采用的路徑規(guī)劃算法為蟻群算法，該算法在針對(duì)復(fù)雜環(huán)境條件下尋找路徑有著先天的優(yōu)勢(shì)，該算法不需要設(shè)置過多的參數(shù)，計(jì)算時(shí)間較短，規(guī)劃出的路徑質(zhì)量較為理想；蟻群算法也有不少的缺點(diǎn)，蟻群算法在尋找路徑時(shí)容易陷入局部最優(yōu)，無法得出全局最優(yōu)解，以及蟻群算法陷入U(xiǎn)型陷阱時(shí)不能自動(dòng)擺脫等。本文通過對(duì)蟻群算法啟發(fā)函數(shù)的改進(jìn)使蟻群算法效率大大提高，并引入螞蟻夭折機(jī)制

3、使算法擺脫U型陷阱的問題，通過對(duì)算法中螞蟻轉(zhuǎn)移時(shí)加入對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的通視判斷使算法迅速收斂且規(guī)劃出的路徑更加適應(yīng)于NAO機(jī)器人前進(jìn)。
　　本文的核心內(nèi)容是對(duì)NAO機(jī)器人整體路徑規(guī)劃的設(shè)計(jì)。基于NAO機(jī)器人的路徑規(guī)劃主要流程是：首先通過加裝的Xtion設(shè)備獲得機(jī)器人周邊的復(fù)雜環(huán)境，并通過Octomap算法生成柵格地圖作為機(jī)器人路徑規(guī)劃的先驗(yàn)地圖，并為機(jī)器人設(shè)置一個(gè)目標(biāo)位置，機(jī)器人的初始位置由Octomap算法自動(dòng)給出；調(diào)用蟻群算法為NA

4、O機(jī)器人做整體路徑規(guī)劃并命令機(jī)器人行走，在行走的同時(shí)NAO機(jī)器人胸前的聲吶裝置開啟并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人前方情況，若遇到動(dòng)態(tài)障礙物則機(jī)器人停止并根據(jù)預(yù)案選擇相應(yīng)的處理方法并繼續(xù)前進(jìn)，直到抵達(dá)目標(biāo)位置NAO機(jī)器人停止。
　　在NAO機(jī)器人動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃方面，預(yù)案的設(shè)計(jì)尤為重要，本文提出了一種較為簡(jiǎn)單實(shí)用的方法，在經(jīng)過試驗(yàn)后驗(yàn)證該方法可行并且響應(yīng)速度較快，能夠應(yīng)對(duì)較為復(fù)雜的環(huán)境。在動(dòng)態(tài)避障中，若機(jī)器人遇到障礙物，則機(jī)器人停止前進(jìn)并通過Xtio

5、n更新地圖信息并重新規(guī)劃路徑，機(jī)器人停止三秒重新檢測(cè)前方障礙物情況，若障礙物離開，則機(jī)器人按照原路徑繼續(xù)前進(jìn)；若障礙物還在原位置影響機(jī)器人前進(jìn)，則機(jī)器人按照重新規(guī)劃的路徑避開該障礙物向目標(biāo)位置前進(jìn)。
　　本文通過布置實(shí)景環(huán)境對(duì)上述規(guī)劃方案進(jìn)行了測(cè)試，效果較為理想，機(jī)器人能夠按照規(guī)劃流程完成指定動(dòng)作，并到達(dá)目標(biāo)位置。但是方案中也有許多可以繼續(xù)改進(jìn)的地方（蟻群算法深度優(yōu)化、引入深度學(xué)習(xí)等），相信通過繼續(xù)改進(jìn)后NAO機(jī)器人會(huì)更加人性化更