【正文】 設(shè)置為 米。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)器人的角速度和線速度，安全避開(kāi)障礙物。 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 。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 。或是 180176。和 180176。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。 【 關(guān)鍵 詞 】 移動(dòng)機(jī)器人；激光測(cè)距儀；向量場(chǎng)直方圖 ； 差分驅(qū)動(dòng)； 避障 STUDY OF OBSTACLE AVOIDANCE FOR THE MOBILE ROBOT BASED ON VECTOR FIELD HISTOGRAM Abstract 【 ABSTRACT】 Mobile robots are widely used in industrial production and manufacturing， especially in dangerous and harsh environments they can replace manual operations to reduce losses. Obstacle avoidance technology plays a vital role in the development of mobile robot , There are many ways about obstacle avoidance, this article is the obstacle avoidance method for mobile robot based on the vector field the given value is too large or too small the robot can not go through obstacles safely using traditional vector field histogram method. Basing on the VFH, firstly ,determining a range of safe driving use the data from laser range changing the given value automatically and choosing the optimal value , finally using the differential drive control method make the robot avoid obstacles make it e ture in the Robotic Studio simulated system. 【 KEYWORDS】 mobile robot； LRF； VFH 。 避障 技術(shù)在移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，避障方法有很多種，本文是基于向量場(chǎng)直方圖的移動(dòng)機(jī)器人避障方法。日本早稻田大學(xué) 于 70 年代初期 開(kāi)發(fā)出和人類相似的 兩足 行走 機(jī)器人。 課題的主要研究?jī)?nèi)容 本課題的主要任務(wù)與目標(biāo)是在 Robotic Studio 仿真系統(tǒng)中建立差分驅(qū)動(dòng)輪式移動(dòng)機(jī)器人的仿真環(huán)境，根據(jù)激光測(cè)距儀的障礙物距離信息，使用向量場(chǎng)直方圖法（ VFH）設(shè)計(jì)合適的機(jī)器人避障方法，使移動(dòng)機(jī)器人能夠無(wú)碰撞地通過(guò)障礙區(qū)。在激光傳感器工作的范圍內(nèi)，發(fā)射一個(gè)激光脈沖并且被物體的表面反射回來(lái)，通過(guò)這個(gè)激光脈沖從發(fā)射出去到接受之后所消耗的時(shí)間來(lái)計(jì)算物體和 LMS 之間的距離。首先確定出移動(dòng)機(jī)器人可以安全避開(kāi)障礙物所有路徑范圍，再在這些范圍內(nèi)選擇損耗最低的路徑，即最優(yōu)路徑。則 移動(dòng) 機(jī)器人的總速度 如式 23： 1 12, , , ,xy f l r? ? ? ???????? ???????? ???????? （ 23） 圖 2— 6 差 分 動(dòng)驅(qū)動(dòng)的 移動(dòng) 機(jī)器人 Microsoft Robotics Developer Studio 微軟開(kāi)發(fā)出來(lái)的 Microsoft Robotics Developer Studio(MRDS)是用來(lái)為市場(chǎng)上已經(jīng)存在的或是即將開(kāi)發(fā)出的機(jī)器人建立軟件的軟件開(kāi)發(fā)工具包， 如果你已經(jīng)有一個(gè)機(jī)器人了，可以直接用 MSRS 進(jìn)行控制，如果沒(méi)有的話，也不用擔(dān)心，因?yàn)?MSRS 為虛擬機(jī)器人提供了一個(gè)成熟的三維仿真環(huán)境，當(dāng)你下載到免費(fèi)的 SDK 幾分鐘后就可以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人了。 首先通過(guò) 激光測(cè)距儀所獲得的數(shù)據(jù)計(jì)算 確定 機(jī)器人可以安全通過(guò)的 一些 范圍，然后通過(guò)算法在這些可以通過(guò)的給定值中選擇最優(yōu)給定值， 使得機(jī)器人可以快速安全通過(guò)障礙物。 步驟 2：確定每個(gè)扇形的最小掃描距離 Lmmin，并且用該值與給定值 Rg 進(jìn)行比較，如果該扇形區(qū)域 Gg ? Lmmin，那么該扇形是預(yù)備的扇形區(qū)域。 13d +d =B （ 33） 24d +d =A （ 34） 圖 32 確定是否滿足長(zhǎng)方形約束條件 其中 A、 B 分別是長(zhǎng)方形的寬和長(zhǎng)，只有同時(shí)滿足了式 33 和式 34 才滿足長(zhǎng)方形的約束條件 如果同時(shí)符合步驟 4 中①、②的待判斷區(qū)域是安 全區(qū)域，機(jī)器人可以避開(kāi)障礙物而安全通過(guò)， 此待判斷扇形區(qū)的角平分線 叫做 可安全行駛的路徑方向。接下來(lái)將計(jì)算出自動(dòng)改變給定值的計(jì)算方法。 j tar| |? ? ?? （ 39） 其中 ? 是先前確定的固定值，本課題中是 4? ， tar? 是移動(dòng)機(jī)器人與目標(biāo)之間的角度。 K1 與K2 之和為 1 并且 K1 大于 K2，表 示機(jī)器人的行走方向與目標(biāo)方向之間的差距比最優(yōu)給定值的優(yōu)先權(quán)要高， 這樣可以保證機(jī)器人更快 的避開(kāi)障礙物 ，本課題中 K1 取值為 ， K2 取值為 。 成功 添加機(jī)器人后為圖 42 圖 42 成功添加機(jī)器人 步驟 修飾機(jī)器人 在圖 42 的 左側(cè)編輯欄中，選擇 Motor Base with Drive 點(diǎn)擊“ Edit Entity”出現(xiàn)編輯窗口 如圖 43所示，在圖 43 中找 到 EntityState，點(diǎn)擊右端的選擇按鈕會(huì)出現(xiàn)圖 44 然后修改本體的名稱和式樣。 圖 47 最終場(chǎng)景 4． 2 編寫(xiě)仿真程序 新建 DSS 項(xiàng)目 在 Visual C 20xx 里，新建一個(gè)項(xiàng)目 ,如圖 48 所示，選擇 Microsoft Robotics 的 DSS Service 模板 圖 48 新建 DSS Service 項(xiàng)目 基于向量場(chǎng)直方圖的移動(dòng)機(jī)器人避障方法研究 點(diǎn)擊“確定”后，出現(xiàn)如下選項(xiàng)： 圖 49 選擇 Partner 總共需要添加 3 個(gè) Partner： Simulation Engine， Simulated Generic Differential Driver， Simulated Laser Range Finder。 該句啟動(dòng)一個(gè)延時(shí)計(jì)數(shù)，當(dāng)經(jīng)過(guò) 600 毫秒后，就往 _dateTimePort 發(fā)送一個(gè)消息。 }))。 } 使用該段程序之前需添加引用 using 。 var stateOrFault = (tmp)。 = 。然后在左邊現(xiàn)有的服務(wù)欄中，我們可以找到控制程序編譯成功后的服務(wù) Example3，把它拖到 Maifest欄中，選中 Example3，為每個(gè)消息端口選擇對(duì)應(yīng)的 Partner： 選擇 Partner 如圖 4— 12 所示。 。 機(jī)器人在場(chǎng)景中的運(yùn)行結(jié)果如圖 413 所示 圖 413 機(jī)器人在場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng) 其中激光數(shù)據(jù)在窗口中的顯示為圖 414： 圖 414 窗口顯示 基于向量場(chǎng)直方圖的移動(dòng)機(jī)器人避障方法研究 5 結(jié)論 本課題是在向量場(chǎng)直方圖法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了算法的修改，客服了 VFH 方法的的缺點(diǎn)，即當(dāng)給定值太大或是太小時(shí)機(jī)器人都可能無(wú)法成功避開(kāi)障礙物的缺陷。 = 。 if (!HasError(stateOrFault)) { response = ()stateOrFault。 控制算法 （ 1） 獲得 機(jī)器人位置 信息 在 3中基于 VFH的移動(dòng)機(jī)器人避障算法中需得到移動(dòng)機(jī)器人的 X軸與目標(biāo)之間的夾角 tar? ，而目標(biāo)信息是給定的，此 時(shí) 需要 獲得機(jī)器人 的 位置 信息 。 （ 2）在 txt 文本中顯示 機(jī)器人 信息 機(jī)器人是在不斷運(yùn)動(dòng)中的， 希望能夠直觀的觀測(cè)當(dāng)前的機(jī)器人的信息，例如移動(dòng)機(jī)器人每個(gè)時(shí)刻的角速度和線速度。首先在 Example3Service 中定義窗體變量： LaserData _laserDataForm。 if (fault != null) { LogError(())。在 Mesh 這一項(xiàng)里，選擇安裝目錄下 store/media/作為渲染文件，然后點(diǎn)擊確定。 由此可以得到左右輪的速度如圖 315 所示 ：