移动机器人自主导航的路径规划方法研究与应用

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移动机器人作为当前科技领域的集大成者,集成了电子信息、计算机科学等多个学科的高精尖技术,其软件系统由感知系统、决策与规划系统、控制系统等多个模块组成,关键技术的重点难点之一就是决策与规划。本文首先介绍了一种结合端到端路径规划技术的自主建图方法,并对其中采用的端到端路径规划算法进行了改进,最后通过仿真实验验证其可行性。针对项目要求的清洁机器人,本文提出一种基于回溯法的双向完全遍历路径规划方法,对工作空间中的自由区域进行全覆盖。移动机器人采用栅格法建立全局地图。采用改进的自适应步长的快速搜索随机树算法(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)算法的边界探测器检测未知区域边界,经过筛选后得到的最佳边界点由任务分配器分配给机器人,机器人将其作为目标点,采用基于目标的RRT*算法替代A*寻路算法,规划一条无碰撞路径以移动到对应的目标点,结合动态窗口法(Dynamic Window Approach,DWA)进行避障。当建图工作完成后,以机器人直径为一个栅格的大小,将地图进一步分割为新的栅格地图。以机器人当前位置为起点,根据得到的地图大致纵横比,选择合适的遍历顺序,采用梳状遍历方法进行工作空间的覆盖,当机器人运动到死区时,从回溯点列表中选择最佳的回溯点,采用OHA*(Orientation Heuristic A*)算法规划出一条从死区到回溯点的转移路径,以该回溯点为起点开始一段新的遍历运动,直到回溯点列表为空,全覆盖工作完成。最后,在ROS平台上搭建模拟房间和搭载激光雷达仿真机器人,对改进的自主建图方案进行仿真模拟实验。仿真结果表明,该方法能够完成对整个工作空间的探测,改进的方案切实可行。采用生成的随机地图对完全遍历工作进行多次实验,以得到较为平均的性能数据,实验表明,基于回溯的双向完全遍历路径规划算法在规划速度、覆盖路径总长度和覆盖率上均有一定优势。
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