地面移動機器人運動規(guī)劃與運動協(xié)調的若干算法研究.pdf

1、運動規(guī)劃和協(xié)調是自主移動機器人和多機器人系統(tǒng)研究中的部分基礎和關鍵問題。由于實際應用中機器人的通訊和感知范圍有限，環(huán)境信息未知或不完整，因此本文的主要內(nèi)容為在有限通訊和感知條件下，在未知或不完整環(huán)境信息中，研究地面移動機器人的運動規(guī)劃以及多機器人系統(tǒng)的運動協(xié)調中的一些問題，建立從個體的運動規(guī)劃能力到群體的協(xié)調運動能力的一個整體框架。 本文從運動規(guī)劃和協(xié)調角度，針對室內(nèi)環(huán)境，在以下三個方面開展工作：(1)覆蓋規(guī)劃是環(huán)境建模的基本問

2、題之一。設計合理的運動策略，盡量完整地覆蓋未知環(huán)境是探索未知環(huán)境的一個重要內(nèi)容。(2)在不完整信息情況下，需要一個能夠快速重規(guī)劃的算法，該算法要能夠結合環(huán)境模型的特點，根據(jù)環(huán)境的變化增量重規(guī)劃。(3)在個體機器人運動規(guī)劃的基礎上，研究多機器人系統(tǒng)如何協(xié)調一致地運動。 文中的主要研究工作和貢獻如下： (1)未知環(huán)境的覆蓋規(guī)劃中，采用改進的滑動算法，并結合環(huán)航和隨機行走等策略，使得多機器人隊伍能夠一邊探索障礙物信息，一邊增量

3、的構建構型空間。這樣不僅完成了障礙物邊界信息的探測，同時得到與機器人形體無關的狀態(tài)空間。相比于傳統(tǒng)滑動算法，增量算法使得構型空間可以從局部逐漸構建，并且可用于多機器人系統(tǒng)，大大提高了效率。 (2)設計了一種改進的基于近似Voronoi圖的GVD(Generalized Voronoi Digram)算法。該GVD算法基于VDC(Van Der Corput)采樣序列，在產(chǎn)生GVD時，使用VDC序列控制精度更加方便，與簡單采樣相比

4、計算性能也得到了改善，并且還具有優(yōu)良的均勻性。 (3)為了克服簡單重規(guī)劃的低效率，設計了一個在幾何環(huán)境下運行的動態(tài)A*算法-GD*Lite。該算法以一個探測臨界點的Morse函數(shù)為基礎，結合D* Lite可以快速的在信息不完整的幾何環(huán)境中重規(guī)劃。 (4)根據(jù)市場方法原理，建立了一個集市型市場結構，用于多機器人的任務或資源分配。機器人之間可以直接采用最高價開叫拍賣方式磋商，拍賣出現(xiàn)矛盾時，其它可選資源的潛在利潤可以供其繼續(xù)