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基于数字高程模型栅格地图的移动机器人路径规划研究

作　者: 马丽莎
导　师: 刘济林
学　校: 浙江大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 移动机器人路径规划环境建模运动约束泛化的代价函数分层路径规划方法
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 13次
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内容摘要

移动机器人导航是移动机器人研究的关键技术,而路径规划是移动机器人导航的重要组成部分,也是机器人行进过程中运动控制的依据。路径规划的任务可以描述为：按照一定的评价标准,在含有障碍的环境中,搜索从起始点到终点的一条无碰路径。本文对复杂环境下移动机器人的路径规划技术进行了深入的研究,主要包括以下几个方面的内容：1)提出了一种基于环境数字高程模型栅格的可通行性分析方法,并根据通行结果进行代价分类生成代价地图。首先,得到环境的数字高程模型的基础上提取基本的地形环境信息,同时综合考虑移动机器人的机械性能和运动约束等影响,进行地形的可通行性分析。然后根据地形特征进行分类,得到最后的行进代价地图。2)针对传统路径规划算法应用于复杂环境下带来的一些问题,提出一种基于运动约束的泛化Field D*算法。该算法的代价函数可同时考虑路程、行驶安全以及行驶时间等一个或多个行驶代价。根据机器人运动模型的特性,在路径点提取过程中结合机器人的最小转弯半径,进行满足运动约束的路径平滑。该算法在多组模拟的复杂环境栅格地图中进行了测试,实验结果表明：算法对复杂环境有很好的适应性,同时有效提高了路径的可执行性。3)在分析目前全局和局部路径规划方法优缺点的基础上,提出了一种分层路径规划方法。该方法采用典型局部避障算法Morphin和全局路径规划算法Field D*,将全局信息和局部信息进行有机结合加以利用。不仅能够在全局上优化移动机器人的行驶路径,还可以避免像传统局部规划方法那样陷入局部最优的情况。仿真结果表明,该方法具有很好的适应能力、鲁棒性强。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-22
  1.1 课题研究背景  10
  1.2 研究意义与目的  10-12
  1.3 移动机器人发展概况  12-15
  1.4 移动机器人路径规划研究概述  15-20
    1.4.1 路径规划问题描述及分类  15-16
    1.4.2 传统路径规划方法  16-18
    1.4.3 智能路径规划方法  18-20
  1.5 本文的结构与主要工作  20-22
第2章环境建模及通行性分析  22-35
  2.1 环境模型简介  22-25
  2.2 数字高程模型  25-27
    2.2.1 数字高程模型定义  25-26
    2.2.2 DEM建立  26-27
    2.2.3 DEM应用  27
  2.3 基于DEM环境建模的通行性分析  27-34
    2.3.1 传统基于栅格方法存在的局限性  27-28
    2.3.2 基本地形信息提取  28-30
    2.3.3 可通行性分析  30-32
    2.3.4 行进代价分析  32-34
  2.4 本章小结  34-35
第3章复杂环境下路径规划算法研究  35-53
  3.1 静态环境下路径规划算法A~*  35-37
  3.2 动态环境下路径规划算法D~*Lite  37-41
  3.3 传统路径规划方法在复杂环境下存在的问题  41-42
  3.4 基于运动约束的泛化Field D~*路径规划  42-52
    3.4.1 相关工作  42-43
    3.4.2 Generalized Field D~*算法  43-49
    3.4.3 实验结果分析  49-52
  3.5 本章小结  52-53
第4章分层路径规划方法研究  53-63
  4.1 全局路径规划方法  53-54
  4.2 局部路径规划方法  54-58
    4.2.1 Morphin算法原理  55-56
    4.2.2 Morphin算法存在的问题  56-58
  4.3 分层路径规划方法  58-60
  4.4 实验结果  60-61
  4.5 本章小结  61-63
第5章总结与展望  63-65
参考文献  65-71
攻读硕士学位期间参研项目及科研成果  71

基于数字高程模型栅格地图的移动机器人路径规划研究

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