基于向量場(chǎng)直方圖的移動(dòng)機(jī)器人避障方法研究畢業(yè)論文-全文預(yù)覽
【正文】 前進(jìn)的過(guò)程中希望機(jī)器人運(yùn)行的越快越好，即我們總是希望機(jī)器人的線(xiàn)速度是Vmax，但是當(dāng)機(jī)器人距離障礙物較近時(shí)或者行駛方向與目標(biāo)偏離較大時(shí)，速度過(guò)大反而可能會(huì)浪費(fèi)時(shí)間，此時(shí)需要減小輪子的速度。 在這H個(gè)有效值中，同時(shí)滿(mǎn)足式38的安全路徑方向中給定值最大的那個(gè)就是最優(yōu)給定值，用Gb表示。即某個(gè)確定的給定值，判斷是否滿(mǎn)足邊長(zhǎng)約束條件和長(zhǎng)方形約束條件。圖331給定值G=3 圖332給定值G=4 圖333給定值G=1 圖344給定值G=2 由上部分可知在保證移動(dòng)機(jī)器人可以安全避障的前提下，給定值G是越大越好。圖333和圖334的給定值分別為1和2，此時(shí)獲得的安全避開(kāi)障礙物的路徑角度分別是90176。如果不能同時(shí)滿(mǎn)足以下條件的則一定不滿(mǎn)足長(zhǎng)方形約束條件。①邊長(zhǎng)約束條件：待判斷的大扇形區(qū)域的中心角所對(duì)的邊長(zhǎng)為Ed，當(dāng)Eg小于Ed時(shí)稱(chēng)為滿(mǎn)足邊長(zhǎng)約束條件，其中，Kg是一個(gè)比例系數(shù)，Z是移動(dòng)機(jī)器人的直徑。其中m為1，2,3，....，72 。然后在在這些范圍中確定一個(gè)最優(yōu)給定值，利用這個(gè)給定值，通過(guò)差分驅(qū)動(dòng)分別控制機(jī)器人的角速度和線(xiàn)速度，安全避開(kāi)障礙物。3基于VFH的避障算法，如果使用VFH算法的話(huà)，移動(dòng)機(jī)器人都有可能無(wú)法安全通過(guò)障礙物，因此在基于VFH算法的基礎(chǔ)上做了修改。微軟的MRDS的SDK包含許多組件，并發(fā)同時(shí)運(yùn)行（CCR）和分散軟件服務(wù)（DSS）構(gòu)成了實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境。若已知r，l，θ且兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速分別是?1和?2。當(dāng)給定值太大時(shí)移動(dòng)機(jī)器人有時(shí)無(wú)法發(fā)現(xiàn)障礙物而最終與障礙物發(fā)生撞擊，如圖24所示。如圖23 極坐標(biāo)圖利用此極坐標(biāo)圖可以計(jì)算出機(jī)器人的行走方向?；蚴?80176。圖21 LMS 200實(shí)物L(fēng)MS200激光測(cè)距儀測(cè)距原理如圖22所示，它 是基于飛時(shí)測(cè)量原理（激光雷達(dá)）工作的。它的最小測(cè)量距離是0m，最大測(cè)量距離是80 m ，有100176。 本課題的主要任務(wù)與目標(biāo)是在Robotic避障在移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。日本早稻田大學(xué)于70年代初期開(kāi)發(fā)出和人類(lèi)相似的兩足行走機(jī)器人。 differential drive。并在Robotic 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：（中文）基于向量場(chǎng)直方圖的移動(dòng)機(jī)器人避障方法研究 （英文）STUDY OF OBSTACLE AVOIDANCE FOR THE MOBILE ROBOT BASED ON VECTOR FIELD HISTOGRAM誠(chéng) 信 承 諾我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫(xiě)的畢業(yè)論文《基于向量場(chǎng)直方圖的移動(dòng)機(jī)器人避障方法研究》均系本人獨(dú)立完成，沒(méi)有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋?zhuān)粲胁粚?shí)，后果由本人承擔(dān)。由于傳統(tǒng)的向量場(chǎng)直方圖法在給定值太大或太小時(shí)都無(wú)法安全避障，本文在此基礎(chǔ)上，利用激光測(cè)距儀所或得的數(shù)據(jù)首先確定一個(gè)可以安全行駛的范圍，然后通過(guò)算法自動(dòng)的改變給定值的大小，最終選擇最優(yōu)給定值，通過(guò)差分驅(qū)動(dòng)控制使機(jī)器人安全避障。Studio simulated system.【KEYWORDS】mobile robot；LRF；VFH 。蘇聯(lián)的“登月者”20號(hào)在月球表面成功著陸，控制相關(guān)設(shè)備在在月球表面鉆削巖石，并把巖石樣品裝進(jìn)設(shè)備帶回實(shí)驗(yàn)室。尤其在危險(xiǎn)、惡劣的環(huán)境中可以用機(jī)器人代替人工操作而減少人力和物力資源損失?，F(xiàn)在有很多移動(dòng)機(jī)器人的避障法，比如勢(shì)場(chǎng)法、邊沿檢測(cè)法等。Studio仿真系統(tǒng)，掌握建立機(jī)器人仿真環(huán)境和編程控制機(jī)器人的基本方法； 學(xué)習(xí)和了解差分驅(qū)動(dòng)輪式移動(dòng)機(jī)器人的基本運(yùn)動(dòng)控制方式； 學(xué)習(xí)和了解激光傳感器的工作原理和方式，能夠根據(jù)激光數(shù)據(jù)獲取周邊障礙物的距離信息； 學(xué)習(xí)和掌握向量場(chǎng)直方圖法（VFH），設(shè)計(jì)合理的避障控制算法； 根據(jù)激光傳感器檢測(cè)到的距離信息，在仿真系統(tǒng)中編程實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人無(wú)碰撞地通過(guò)障礙區(qū)2移動(dòng)機(jī)器人避障的基本原理2．1激光測(cè)距儀LMS 200基本工作原理LMS200 實(shí)物如圖21，它采用紅外線(xiàn)激光光束，優(yōu)點(diǎn)是不需要接觸被測(cè)量物體的表面并且物體的形狀和顏色都沒(méi)有要求，不需要反射片或是另一接收器而可以直接接收反射回來(lái)的信號(hào)。障礙物的尺寸、形狀能夠被迅速獲得，這些對(duì)于生成環(huán)境地圖和機(jī)器人定位都是非常有利的。t: 激光脈沖往返的時(shí)間獲得從物體表面反射回來(lái)的激光脈沖后，激光脈沖經(jīng)過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的鏡子進(jìn)行反射，形成了一個(gè)100176。為了能夠有效避開(kāi)障礙物，它形成了一個(gè)極坐標(biāo)圖，其中x軸代表行走的方向與障礙物所構(gòu)成的角度，y軸是根據(jù)占有柵格的多少來(lái)計(jì)算障礙物就在運(yùn)動(dòng)方向的概率，如圖23所示。其中向量場(chǎng)直方圖法存在某些缺陷，在不同的環(huán)境下，對(duì)于同一個(gè)給定值可能使得機(jī)器人無(wú)法安全避開(kāi)障礙物，給定值太大或是太小都會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。假設(shè)兩個(gè)輪子的中心點(diǎn)為p點(diǎn)，中心點(diǎn)p到兩個(gè)輪子的距離都是l。MSRS還包含一個(gè)成熟的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，用來(lái)編寫(xiě)強(qiáng)大的異步式和分布式應(yīng)用程序很容易。除了所有這些組件，微軟團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了很多實(shí)例并且為編程用戶(hù)提供程序和塊。通過(guò)激光測(cè)距儀所獲得的數(shù)據(jù)，來(lái)求可以安全通過(guò)的所有范圍，即同時(shí)滿(mǎn)足邊長(zhǎng)條件和長(zhǎng)方形條件的范圍都是可以安全通過(guò)的范圍，若不滿(mǎn)足則激光傳感器需重新采集下一組數(shù)據(jù)。并且將每個(gè)扇形按照從右到左的順序依次標(biāo)記為Sm。若nf表示并接的第一個(gè)扇形，nl表示并接的最后一個(gè)扇形，d表示待判斷大扇形的角平分線(xiàn)與移動(dòng)機(jī)器人的坐標(biāo)軸的x軸的夾角，那么Qd可表示為一個(gè)矩陣： （31）由幾何知識(shí)易得d： （32）步驟4:在對(duì)待判斷大扇形區(qū)域Sd進(jìn)行判斷選擇，若滿(mǎn)足以下條件，那么該區(qū)域可保證機(jī)器人能夠安全通過(guò)，此區(qū)域保留，否則丟棄。該長(zhǎng)方形的兩條邊與待判斷扇形的角平分線(xiàn)互相平行，具體長(zhǎng)方形見(jiàn)圖32，其中。但此時(shí)所獲得的范圍無(wú)法滿(mǎn)足步驟4中②的長(zhǎng)方形約束條件，所以這兩個(gè)給定值都是不合理的，移動(dòng)機(jī)器人無(wú)法成功避開(kāi)障礙物。因此我們可以得出結(jié)論，再能夠保證移動(dòng)機(jī)器人成功避開(kāi)障礙物的前提下，給定值G越大越好。②：由上部分中所獲得的Gj（其中j=1,2,3，…，），用2中的方法判斷移動(dòng)機(jī)器人是否能夠成功避開(kāi)障礙物。其中Gj表示第j個(gè)有效的給定值，表示第j個(gè)有效值對(duì)應(yīng)的可以避障的安全路徑方向與機(jī)器人的x軸的夾角，Ej表示第j個(gè)有效值對(duì)應(yīng)的安全路徑范圍的中心角對(duì)應(yīng)的邊長(zhǎng)?？刂平撬俣鹊谋磉_(dá)式為式38： （310）其中為比例系數(shù)，.注：由2確定的最優(yōu)給定值Gb可能對(duì)應(yīng)多個(gè)安全路徑方向，其中選取中心角對(duì)應(yīng)邊長(zhǎng)最大的那個(gè)方向?yàn)橐苿?dòng)機(jī)器人的最終行走方向。 （313） 其中G0為最小給定值，取值為1。由此可以得到左右輪
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