基于向量場直方圖的移動機器人避障方法研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-22 14:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 向，圖33是給定值G不同時，移動機器人所或得的安全避開障礙物的路徑方向圖，圖331和圖332分別是給定值為3和4的時候，此時所獲得的路徑方向角度全都超過90176。，但此時所獲得的范圍無法滿足步驟4中②的長方形約束條件，所以這兩個給定值都是不合理的，移動機器人無法成功避開障礙物。圖333和圖334的給定值分別為1和2，此時獲得的安全避開障礙物的路徑角度分別是90176。和110176。，這兩個給定值都可以保證機器人避開障礙物，但由圖容易發(fā)現(xiàn)當(dāng)給定值為2時的效果更好，因為給定值為1時要過段時間才能夠發(fā)現(xiàn)前方障礙物。因此我們可以得出結(jié)論，再能夠保證移動機器人成功避開障礙物的前提下，給定值G越大越好。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機器人可以安全避障的前提下，給定值G是越大越好。接下來將計算出自動改變給定值的計算方法。①：假定給定值值G的最大值Gmax： （35）所有可能的給定值為Gj： （36）其中G0為最小的給定值： （37）K0是一比例系數(shù)，S0表示移動機器人從最大的速度開始到停止是所運行的距離: （38），減速的加速度a為1，G0確定為1， UG的值選為41，則容易得到Gmax為4。②：由上部分中所獲得的Gj（其中j=1,2,3，…，），用2中的方法判斷移動機器人是否能夠成功避開障礙物。即某個確定的給定值，判斷是否滿足邊長約束條件和長方形約束條件。如果兩個條件同時滿足，那么這個給定值就是有效的保留起來，否則該給定值就是無效的直接丟棄。③：假定總共有H個給定值是有效的，則移動機器人共有H個可以通過的路徑方向。其中Gj表示第j個有效的給定值，表示第j個有效值對應(yīng)的可以避障的安全路徑方向與機器人的x軸的夾角，Ej表示第j個有效值對應(yīng)的安全路徑范圍的中心角對應(yīng)的邊長。 在這H個有效值中，同時滿足式38的安全路徑方向中給定值最大的那個就是最優(yōu)給定值，用Gb表示。 （39） 其中是先前確定的固定值，本課題中是，是移動機器人與目標(biāo)之間的角度。 角速度控制由2的③可得最優(yōu)給定值，Gb對應(yīng)的安全路徑方就是機器人的最終行走方向，用表示。控制角速度的表達式為式38： （310）其中為比例系數(shù)，.注：由2確定的最優(yōu)給定值Gb可能對應(yīng)多個安全路徑方向，其中選取中心角對應(yīng)邊長最大的那個方向為移動機器人的最終行走方向。機器人在前進的過程中希望機器人運行的越快越好，即我們總是希望機器人的線速度是Vmax，但是當(dāng)機器人距離障礙物較近時或者行駛方向與目標(biāo)偏離較大時，速度過大反而可能會浪費時間，此時需要減小輪子的速度。線速度表達式為： （311）其中為： （312） 其中是機器人運行過程中的最大線速度， 機器人運行過程中的最小線速度。是式313在取π時且最優(yōu)給定值Gb取G0時的值。 （313） 其中G0為最小給定值，取值為1。Gmax為最大給定值，取值為4，Gb為最優(yōu)給定值。K1與K2之和為1并且K1大于K2，表示機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，這樣可以保證機器人更快的避開障礙物。 根據(jù)差分驅(qū)動控制原理我們可以得到機器人的角速度、線速度與左右輪的關(guān)系如式314： （314） 其中和分別是左輪和右輪的速度，l表示輪子間的距離，表示機器人的線速度，表示機器人的角速度。由此可以得到左右輪的速度如圖315所示： （315）4仿真實現(xiàn)步驟添加場景和機器人打開Microsoft Visual Simulation Environment 2008，模式設(shè)置為編輯狀態(tài)。，如圖41所示。添加缺省場景。圖41 添加場景和機器人在圖41中，選擇LRF。再設(shè)定機器人初始位置為0,0,0 。點擊“Add Motor Base”，添加一個差分驅(qū)動的機器人本體。成功添加機器人后為圖42圖42 成功添加機器人步驟修飾機器人在圖42的左側(cè)編輯欄中，選擇Motor Base with Drive點擊“Edit Entity”出現(xiàn)編輯窗口如圖43所示，在圖43中找到EntityState，點擊右端的選擇按鈕會出現(xiàn)圖44然后修改本體的名稱和式樣。圖43 修飾機器人圖44修改機器人名字和式樣這里我們把Name改成“P3DX”。在Mesh這一項里，選擇安裝目錄下store/media/，然后點擊確定。步驟修飾輪子在編輯欄中選擇P3DX，點擊“Edit Entity”，首先修飾左輪，找到LeftWheel后點擊選項按鈕，在彈出窗口中找到Entity State，出現(xiàn)與4類似的窗口，然后點擊確定。按照同樣的方法修飾右輪。此時的機器人為圖25所示。圖45機器人P3DX步驟建立不可移動的環(huán)境菜單項EntityNew，出現(xiàn)圖26窗口，選擇FloorPlanEntity圖46建立機器人環(huán)境點擊OK，加入房間構(gòu)造，然后在編輯欄中選擇FloorPlan，點擊“Edit Entity”進入二維的房間布置畫面，在選擇6個wall作為障礙物，布置好房間布局后，點擊“OK”按鈕退出。將場景命名為Simrobtic2，保存在D:\Microsoft Robotics Developer Studio 2008 R3 ，最終的場景如圖27所示。圖47 最終場景4．2編寫仿真程序在Visual C 2008里，新建一個項目,如圖48所示，選擇Microsoft Robotics的DSS Service模板圖48 新建DSS Service 項目點擊“確定”后，出現(xiàn)如下選項：圖49 選擇Partner總共需要添加3個Partner：Simulation Engine， Simulated Generic Differ
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