【正文】 路徑規(guī)劃避障算法應該滿足下列三個要求：實時性、應用性和可靠性，即要求算法簡單可行，在保證與障礙物不發(fā)生碰撞和安全的前提下移動。避障路徑規(guī)劃流程：避障路徑規(guī)劃中，機器人工作時需要進行障礙物和邊界兩方面檢測與處理。環(huán)境地圖模型如圖31所示。假設A(x，y)點是機器人所在的柵格。行走前，機器人將搜索與其相鄰的四個方向，即上(x，y+Y/n)、下(x，y－Y/n)、左(x－X/m，y)、右(x+X/m，y)。檢測下一步是否存在障礙，若存在，則需要檢測邊界以選擇避障方向，然后采用沿邊走的算法避障。若不存在，則繼續(xù)沿原方向行走，避障路徑規(guī)劃流程如圖44 圖44 避障路徑規(guī)劃流程圖 本章小結本章重點討論了路徑規(guī)劃問題。先介紹了坐標系的建立，再介紹了沿邊走算法在移動機器人路徑規(guī)劃中的使用。針對超聲波測距比較適用于室內(nèi)移動機器人的特點，具體討論了移動機器人在室內(nèi)環(huán)境下采用沿邊走路徑規(guī)劃算法進行地面清潔的行走和避障過程。第五章 結果分析 仿真結果靜態(tài)環(huán)境中，利用Vision ，在長5m寬6m的工作區(qū)域內(nèi)進行無障礙與避障路徑規(guī)劃仿真實驗，結果如圖51和圖52，機器人的初始位置均為清潔區(qū)域的左下角，即坐標原點。圖51中，清潔機器人所走過的路徑標記為黑色，白色圓圈為機器人清潔完畢自動返回停放位置的行走路線。圖52中黑色表示障礙物，灰色表示機器人所走過的區(qū)域，白色方格為遺漏區(qū)，白色圓圈表示機器人清潔完畢的返回路徑，機器人開始位置均位于左下角。 圖51 無障礙路徑規(guī)劃仿真結果圖52 回字型避障路徑規(guī)劃仿真結果 結果分析由圖51可知清潔機器人能夠沿內(nèi)螺旋式“回”字型路徑完成清掃任務，覆蓋率為100%，重復率為0%，工作過程中能夠避開邊界，自動定位和轉向，清潔完畢機器人可以自動返回到初始位置，若設定機器人速度為5m/min，可見該路徑規(guī)劃方式是可行的。由圖52可知，清潔機器人能夠避開障礙物和邊界，沿一條無碰撞路徑，實現(xiàn)避障策略，所以沒有發(fā)生循環(huán)死鎖現(xiàn)象，清潔完畢，機器人能自動返回。運行時間34min，%，%。通過以上的分析，說明該方案的應用是能夠取得令人滿意的效果的。 本章小結本章對移動機器人使用沿邊走路徑規(guī)劃算法進行室內(nèi)清潔工作的仿真結果進行了分析，驗證沿邊走路徑規(guī)劃算法的有效性。第六章 現(xiàn)有方案缺陷及路徑規(guī)劃技術的發(fā)展趨勢路徑規(guī)劃技術是自主移動機器人技術領域里的重要技術，通過測距傳感器能為機器人提供周圍環(huán)境的二維或三維信息，因此，測距系統(tǒng)是移動機器人中不可缺少的組成部分。本文采用的超聲波測距是近年來發(fā)展起來的一種測距方法， 具有很多的優(yōu)越性。但同時也具有一定的局限性， 表現(xiàn)在探測波束角過大， 方向性差。單一傳感器的穩(wěn)定性不理想等。 在實際應用中， 往往采用其他傳感器（如紅外傳感器）來補償， 或采用多傳感器融合技術。本文提供的沿邊走路徑規(guī)劃算法，非常適合室內(nèi)移動機器人（如清潔機器人）應用，其原理和特點已在上文中進行了詳細的論述。但它需要記錄整個房間的全局障礙物信息，因此，需要移動機器人有足夠的內(nèi)存以存放這些信息，這也是對于沿邊走算法的一點限制。隨著移動機器人應用范圍的擴大， 對于規(guī)劃技術的要求也越來越高， 移動機器人路徑規(guī)劃的性能指標要不斷提高。這些性能指標包括：實時性、安全性和可達性等。另外，單個規(guī)劃方法有時不能很好地解決某些規(guī)劃問題， 所以新的發(fā)展趨向于將多種方法相結合。目前，主要有以下趨勢： 1) 全局路徑規(guī)劃與局部路徑規(guī)劃的結合。全局規(guī)劃一般是建立在已知環(huán)境信息的基礎上， 適應范圍相對有限。 局部規(guī)劃能適用于環(huán)境未知的情況， 但有時反應速度不快， 對規(guī)劃系統(tǒng)品質(zhì)的要求較高， 因此如果把兩者結合就可以達到更好的規(guī)劃效果。2) 傳統(tǒng)規(guī)劃方法與新的智能方法之間的結合。 近年來， 一些新的智能技術逐漸被引入到路徑規(guī)劃中來， 也促使了各種方法的融合發(fā)展， 例如人工勢場與神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊控制的結合等。智能化方法能模擬人的經(jīng)驗，逼近非線性，具有自組織、自學習功能并且具有一定的容錯能力。這些方法應用于路徑規(guī)劃會使移動機器人在動態(tài)環(huán)境中更靈活，更具智能化。3) 多傳感器信息融合用于路徑規(guī)劃。移動機器人在動態(tài)環(huán)境中進行路徑規(guī)劃所需信息都是從傳感器得來。單傳感器難以保證輸入信息準確與可靠。多傳感器所獲得信息具有冗余性，互補性，實時性和低代價性，且可以快速并行分析現(xiàn)場環(huán)境[15]。具體方法有采用概率方法表示信息的加權平均法，貝葉斯估計法，多貝葉斯法，卡爾曼濾波法，統(tǒng)計決策理論法。有采用命題方法表示信息的DS 證據(jù)推理，模糊邏輯，產(chǎn)生式規(guī)則，還有仿效生物神經(jīng)網(wǎng)絡的信息處理方法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡法。4) 基于功能/行為的移動機器人路徑規(guī)劃。這是研究的新動向之一。傳統(tǒng)的基于模型自頂向下的感知建模規(guī)劃動作是一種典型慎思結構，具有一定理性，稱為基于功能的控制體系結構。其動作是經(jīng)歷了一系列階段之后產(chǎn)生的結果。存在的問題是不易建立準確的環(huán)境地圖模型，且很難適應環(huán)境未知的動態(tài)路徑規(guī)劃任務?；谛袨榈姆椒ㄊ且环N自底向上的構建系統(tǒng)方法，即把路徑規(guī)劃分解成一系列相對獨立的小系統(tǒng)，在運行狀態(tài)下通過競爭機制取得控制機器人的主導權，并在與環(huán)境交互作用中最終達到目標。此時行為僅設計成完成一個簡單任務，所占內(nèi)存不大，可產(chǎn)生快速響應?；诠δ?行為的機器人控制結構融合了兩者優(yōu)點，既有基于功能控制結構的必要理性，又有基于行為控制結構的快速響應。因此它很有發(fā)展前途。移動機器人是一類能夠通過傳感器感知環(huán)境和自身狀態(tài)， 實現(xiàn)在有障礙的環(huán)境中面向目標的自主運動， 從而完成一定作業(yè)功能的機器人系統(tǒng)。移動機器人路徑規(guī)劃的方法有很多，可以說各有優(yōu)缺點，也沒有一種方法能夠適用于任何場合。但通過對這些不同方法的吸收整合，一定可以促進機器人路徑規(guī)劃技術的發(fā)展。第七章 結 論移動機器人技術是傳感技術、控制技術、信息處理技術、機械加工技術、電子技術、計算機技術等多門技術的結合。自主移動機器人能夠通過傳感器感知環(huán)境和自身狀態(tài)， 實現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中面向目標的自主運動， 從而完成一定作業(yè)功能。導航和路徑規(guī)劃是移動機器人技術中的重要任務。超聲波測距的特點使得其在自主移動機器人導航技術中的應用優(yōu)勢非常突出。本論文主要探討的是基于超聲波測距的自主移動機器人路徑規(guī)劃問題。文中詳細介紹了超聲波測距原理及其優(yōu)勢。使用了柵格法來進行環(huán)境建模，在進行移動機器人路徑規(guī)劃時，采用了一種稱作沿邊走的算法來進行路徑規(guī)劃，這種路徑規(guī)劃行程較短，轉彎的次數(shù)較少，有效地提高效率。通過仿真結果可以看出，該方案是可行的、有效的。參考文獻[1] 李磊，[J].機器人，2002，24（5）[2] 戴博, 肖曉明, [J].2005,12(3)[3] Boley D L ， Sutherland K rapidly converging recursive method for mobile robot localization[J] .International Jour2nal of Robot Research， 1998， 17 (10) : 1 027～ 1 039[4] Ohya A ， Ko saka A ， navigation by a mobile robot with obstacle using single2camera vision andult rasonic sensing[J] .IEEE Transact ions on Robo tics and Automation， 1998， 14 (6) : 969～ 978[5] Corke P I， GoodM C. Dynamic effects in visual closedloop systems[J] .IEEE Transactions on Robot ics and Automation， 1996， 12 (5) : 671～ 683[6] Lazano2Perez T. Automatic planning of transfer movements[J] . IEEE Trans on SMC ，1981 ，11(10) : 681 —689.[7] 馬兆青，[J] .機器人，1996 ，18 (6) :344 —348.[8] 艾海舟，張　[J] .機器人，1990 ，12 (5) [9] Yoram K, Johann field methods and their inherent limitations for mobile robot navigation[J] . Robot Automation [ C] . California , —1404. [10] 李貽斌，[J ] .山東礦業(yè)學院學報，1999 ，18 (3) :67 —71[11] 董立志，[J] .機器人，2000 ，22 (1) :12 —16[12] 張文志，[J] .機器人，2003 ，25 (1) :1 —6[13] [J].中專物理教學，1994，2(1)[14] [J].中國計量學院學報，2006，17（1）[15] 戈新良，張明路. 多傳感器信息融合技術研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J] .河北工業(yè)大學學報，2003 ，32 (2) :30 —35致 謝在整個論文寫作過程中，由于自己的知識水平和經(jīng)驗的限制，遇到了許許多多的困難。比如，對課題背景及內(nèi)容的理解不夠，使得自己在開題時思路不清晰；與論文課題相關的資料掌握的不全；對機器人的認識很有限；在進行路徑規(guī)劃時，由于對各種算法的理解不深，不知道該選哪種算法合適等。老師的指導和同學們的幫助，讓我最終順利的完成了自己的畢業(yè)論文?？梢哉f，沒有老師和同學們的幫助，我的畢業(yè)論文是不可能這樣順利完成的。在這里，我要向他們表達我真摯的謝意。感謝我的論文知道老師—劉橋博士。我遇到了很多的困難，謝謝你給我選題，給我提供一些相關資料，給我指導，幫我分析問題，謝謝你一直都很耐心的幫助我。我還要感謝我的同學，在我碰到一些不懂的事情時，和你們的交流和討論都給了我很大的幫助。謝謝老師，謝謝同學，謝謝所有幫助我的人！ 附錄:表1 超聲波檢測技術應用表 用途行業(yè)具體應用產(chǎn)品和事物工業(yè)超聲震動切削加工，超聲波清洗零件，超聲波焊接，超聲波流量計，超聲波料位及液位檢測，濃度檢測，硬度計通訊定向通訊醫(yī)療超聲波成像儀器，超聲波血流計，超聲波潔牙器等家用電器遙控器，加濕器，防盜報警器，超聲波驅(qū)蟲器其他盲人防撞裝置，汽車倒車測距報警器，裝修工程測距（計算用料）表2 超聲波聲速與溫度關系表溫度（℃）302010010203040聲速（米/稱）3133193253233383443493