RoboCup小型組足球機器人路徑規(guī)劃關鍵技術研究.pdf

1、路徑規(guī)劃是所有移動機器人必須解決的核心問題，包括解決沿著什么路徑到達目的地，采用什么速度、如何在指定時間內(nèi)完成實時規(guī)劃、如何保證機器人在不違反自身運動學規(guī)律情況下跟隨規(guī)劃、如何檢測碰撞并避免碰撞、以及如何整定系統(tǒng)參數(shù)等諸多子問題。經(jīng)過幾十年的研究與實踐，人們在移動機器人路徑規(guī)劃方面積累了大量的研究成果，但仍存在許多問題有待深入研究。
　　 RoboCup即機器人世界杯足球錦標賽，是一項國際比賽盛事。RoboCup小型組足球機器人

2、是RoboCup的主要項目之一，該項目對實時性要求比較高，是進行路徑實時規(guī)劃研究的理想平臺。本文針對該項目技術要求進行了路徑規(guī)劃關鍵問題的研究和實驗。取得的結(jié)果不僅可直接應用于RoboCup各類比賽，而且還可應用到機器人學等眾多領域相關問題的求解。因此，研究工作具有重要理論意義和實際應用價值。
　　 本文在以下幾個方面進行了創(chuàng)新性研究：
　　 1)改進了RoboCup小型組機器人碰撞檢測算法。碰撞檢測前，對障礙數(shù)據(jù)進行預

3、處理：機器人障礙使用圓形包圍盒，障礙物采用KD樹結(jié)構存儲。將包圍盒法和空間分割法組合起來，提出了基于KD樹和圓形包圍盒的碰撞檢測方法，該方法減少了系統(tǒng)進行圓形包圍盒碰撞檢測的次數(shù)，降低了算法復雜度，加快了障礙檢測速度。
　　 2)改進了隨機路徑規(guī)劃算法，提出基于邊界的隨機路徑規(guī)劃新算法BRRT，研究了障礙邊界表示、邊界點裁剪方法、以及算法工作流程和相關路徑平滑算法。對比了隨機路徑規(guī)劃算法改進前后的時間消耗、規(guī)劃成功率、以及規(guī)劃路

4、徑長度。實驗表明改進算法相比原算法時間消耗均勻，規(guī)劃成功率有所提高，規(guī)劃路徑長度更短，一定程度提高了搜索效率，能有效提高機器人運行平穩(wěn)性。
　　 3)為了保證機器人的良好運動性能、研究了RoboCup小型組足球機器人四輪協(xié)調(diào)運動的PI參數(shù)整定工作，基于遺傳算法提出了四輪協(xié)調(diào)運動的PI參數(shù)自動智能整定新算法，設計了算法中的染色體編碼解碼方法、適應度函數(shù)、遺傳算子。實驗表明，該算法相比傳統(tǒng)的機器人整定方法能提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和參數(shù)整