探测规划是移动机器人自主构建未知环境地图领域的核心问题之一,对提高机器人的自主性、确保未知环境地图构建的高效性、鲁棒性和精确性具有重要的理论研究意义和应用价值。地图构建中探测规划的目的是实时生成机器人的运动控制,使机器人在较短的时间内感知范围覆盖尽可能大的区域,如何根据不完整的地图信息进行在线实时地规划,确保整体路径的最优性和探测的完全性,是该问题面临的挑战。本文主要针对地图构建探测规划中的单步探测规划、多步探测规划和多机器协作探测规划问题进行了研究,完成了以下工作:①设计开发了基于Microsoft Visual C++和Open Dynamics Engine(ODE)的机器人仿真系统。系统中模拟室内静态和动态环境的障碍物,模拟机器人的激光测距仪和里程计传感器数据,并对机器人和障碍物的运动进行动力学仿真,为移动机器人地图构建、探测规划、定位导航、多机器人协作等问题的研究提供了一个功能丰富,具有良好实时性和交互能力的实验平台。②针对未知环境信息的模糊性和不确定性,提出了基于模糊综合评价决策的单步探测规划方法。该方法将栅格图中的前沿点按距离和可行性进行分类,选取优先级较高的类别中的点作为候选点,根据候选点的距离、信息增益和可定位性进行模糊综合评价,以较小的计算代价决定机器人下一步的探测位姿,从而完成对未知区域的探测,构建出准确度高的环境栅格图和特征线段图。该方法减少了待评估点的数量,评估时采用模拟人类思维的模糊评价规则,避免了评估因子的不准确性对评价结果造成较大影响,提高了探测效率。③利用环境地图构建中栅格图的概率信息,提出基于分布估计算法的路径规划和多步探测规划方法。该方法结合以上概率信息生成机器人的初始轨迹并更新轨迹群分布的概率模型,通过多个可行解的并行迭代,快速获得包含多个观测位姿的评价较优的可行路径,减少了规划次数。④在力学原理的基础上,结合地图构建中计算获得的地图信息和机器人位姿信息,将虚拟力场法改进用于多机器人未知环境探测规划。利用栅格地图中前沿点对机器人产生的吸引力和障碍物对机器人产生的排斥力,综合与其他机器人之间的间距产生的影响,确定机器人的探测方向和速度。提出基于障碍物形状与虚拟力的方向的判据判断机器人是否陷入局部最小,并通过生成虚拟障碍物与虚拟目标,帮助机器人摆脱局部极小,避免振荡。多机器人之间采用分布式控制结构,通过控制机器人的间距,避免机器人的碰撞和过多的重复探测。实验证明此系统具有较强鲁棒性和较高协作效率。⑤使用装备了激光测距仪与光电编码器的自制全方向移动机器人SR-M002在室内结构化环境中进行了自主探测规划的实验,验证了上述基于模糊评价的探测规划方法与基于分布估计的多步探测规划方法的有效性。