視感知下的空地協(xié)同路徑規(guī)劃算法研究.pdf

1、近年來，伴隨著智能機器人領(lǐng)域的快速發(fā)展，種類繁多的智能機器人按照不同的分工融入了我們的日常生活和生產(chǎn)。智能機器人在各行各業(yè)中扮演著越來越重要的角色。同時也為人類帶來了極大的便利與解放[1]。尤其是在電力系統(tǒng)行業(yè)，各類巡檢以及救援機器人代替工作人員在高電壓高輻射的環(huán)境中作業(yè)，在提高工作效率的同時保證了電力行業(yè)工作人員的人身安全[2]。作為智能機器人中至關(guān)重要的一環(huán)，移動機器人導(dǎo)航與定位的研究價值毋庸置疑[3]。其中，對于移動機器人的路徑規(guī)

2、劃算法的研究確保了機器人在各類約束條件下自主判斷是否存在由起點至終點的最優(yōu)路徑。
　　本文針對視感知下的空地協(xié)同路徑規(guī)劃問題，分為了規(guī)劃區(qū)域尺度可變的局部路徑規(guī)劃，三維空間中和躲避動態(tài)障礙物的路徑規(guī)劃問題，以及視感知下的空地協(xié)同路徑規(guī)劃三個子問題逐步展開研究，主要工作包含以下三個方面：
　　(1)對于移動機器人來說，按照規(guī)劃的范圍來分，可以分為局部路徑規(guī)劃和全局路徑規(guī)劃。其中局部實時路徑規(guī)劃對機器人在未知環(huán)境下的導(dǎo)航至關(guān)重要

3、。然而，目前絕大多數(shù)局部路徑規(guī)劃都是在一個固定大小的局部范圍內(nèi)進(jìn)行的。在一些情況下，這種規(guī)劃區(qū)域尺度固定的路徑規(guī)劃會造成規(guī)劃時間和資源的浪費。因此，本文了提出一種規(guī)劃區(qū)域尺度可變的局部路徑規(guī)劃算法，使機器人可根據(jù)將要行進(jìn)區(qū)域內(nèi)障礙物的數(shù)量來決定規(guī)劃區(qū)域的大小。仿真實驗結(jié)果表明，移動機器人能夠以更有效的方式來規(guī)劃路徑。另外，所提算法在交通道路地圖中的也有較好應(yīng)用。
　　(2)目前，伴隨著移動機器人行業(yè)的飛速發(fā)展，僅針對二維平面內(nèi)的路

4、徑規(guī)劃算法研究，已經(jīng)無法滿足一些特定類型的機器人(空中無人機、水下機器人等)的規(guī)劃需求。因此，本文提出了移動機器人在三維空間中的路徑規(guī)劃算法，新的維度提高了找到更短路徑的可能。另外，之前的研究都是在靜態(tài)環(huán)境中進(jìn)行的，而實際環(huán)境中，移動機器人往往會遇到動態(tài)障礙物。因此，本文提出了一種移動機器人在包含動態(tài)障礙物環(huán)境中的實時局部路徑規(guī)劃算法。仿真實驗結(jié)果表明，移動機器人在規(guī)劃路徑的同時，具有實時躲避動態(tài)障礙物的能力。
　　(3)在未知環(huán)

5、境中，地面機器人受制于自身感知周圍環(huán)境的能力的限制。在一些情況下，地面機器人會陷入障礙物的包圍而不自知，這種情況下，需要浪費更多的時間和路程才能掙脫困境到達(dá)目的地。因此，為了避免這類情況的發(fā)生，本文提出了一種視感知下的空地協(xié)同路徑規(guī)劃算法，使用空中無人機為地面機器人提供高空視野。在地面機器人啟動之前，無人機通過所搭載的視覺傳感器掃描地面機器人將要行駛的未知環(huán)境，并將障礙物信息告知地面機器人。仿真實驗結(jié)果表明，無人機掃描范圍越大，提供的環(huán)