基于向量場直方圖的移動(dòng)機(jī)器人避障方法研究畢業(yè)論文-文庫吧資料
2025-07-01 14:08本頁面
【正文】 改成“P3DX”。點(diǎn)擊“Add Motor Base”，添加一個(gè)差分驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人本體。圖41 添加場景和機(jī)器人在圖41中，選擇LRF。如圖41所示。 根據(jù)差分驅(qū)動(dòng)控制原理我們可以得到機(jī)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(jī)器人的線速度，表示機(jī)器人的角速度。Gmax為最大給定值，取值為4，Gb為最優(yōu)給定值。是式313在取π時(shí)且最優(yōu)給定值Gb取G0時(shí)的值。機(jī)器人在前進(jìn)的過程中希望機(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。 角速度控制由2的③可得最優(yōu)給定值，Gb對(duì)應(yīng)的安全路徑方就是機(jī)器人的最終行走方向，用表示。 在這H個(gè)有效值中，同時(shí)滿足式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。③：假定總共有H個(gè)給定值是有效的，則移動(dòng)機(jī)器人共有H個(gè)可以通過的路徑方向。即某個(gè)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。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(dòng)機(jī)器人從最大的速度開始到停止是所運(yùn)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。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。這兩個(gè)給定值都可以保證機(jī)器人避開障礙物，但由圖容易發(fā)現(xiàn)當(dāng)給定值為2時(shí)的效果更好，因?yàn)榻o定值為1時(shí)要過段時(shí)間才能夠發(fā)現(xiàn)前方障礙物。圖333和圖334的給定值分別為1和2，此時(shí)獲得的安全避開障礙物的路徑角度分別是90176。 確定給定值的原則在2中對(duì)于某個(gè)確定的給定值G，可以求得移動(dòng)機(jī)器人安全避開障礙物的路徑方向，圖33是給定值G不同時(shí)，移動(dòng)機(jī)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(shí)候，此時(shí)所獲得的路徑方向角度全都超過90176。如果不能同時(shí)滿足以下條件的則一定不滿足長方形約束條件。②長方形約束條件：激光測距儀LMS200掃描所獲得的數(shù)據(jù)點(diǎn)都不在長方形內(nèi)。①邊長約束條件：待判斷的大扇形區(qū)域的中心角所對(duì)的邊長為Ed，當(dāng)Eg小于Ed時(shí)稱為滿足邊長約束條件，其中，Kg是一個(gè)比例系數(shù)，Z是移動(dòng)機(jī)器人的直徑。圖32確定機(jī)器人可以安全通過的路徑方向步驟3：在步驟2中得到的所有預(yù)備扇形區(qū)域中，將所有連接在一起的并接成一個(gè)待判斷的大扇形區(qū)域，該待判斷的大扇形區(qū)域表示為Qd，d為1，2，…，Td（其中Td表示待判斷大扇形區(qū)域的個(gè)數(shù)且Td72）。其中m為1，2,3，....，72 。掃描范圍分為72個(gè)扇形，176。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，安全避開障礙物。:圖31算法流程圖圖31為基于VFH算法改進(jìn)的算法流程圖。3基于VFH的避障算法，如果使用VFH算法的話，移動(dòng)機(jī)器人都有可能無法安全通過障礙物，因此在基于VFH算法的基礎(chǔ)上做了修改。仿真環(huán)境是可以用來實(shí)現(xiàn)新算法的全物理的三維仿真器，可視化編程語言（ VPL ）是一個(gè)可以用來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人服務(wù)的圖形化編程環(huán)境。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。它的最大好處就是對(duì)個(gè)人、學(xué)校或者開發(fā)商都是免費(fèi)的。若已知r，l，θ且兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速分別是?1和?2。圖24 給定值太小發(fā)生錯(cuò)誤圖25 給定值太大發(fā)生錯(cuò)誤如圖2—6所示，這個(gè)移動(dòng)機(jī)器人使用兩個(gè)輪子采用差分驅(qū)動(dòng)控制，兩個(gè)輪子的直徑都是r。當(dāng)給定值太大時(shí)移動(dòng)機(jī)器人有時(shí)無法發(fā)現(xiàn)障礙物而最終與障礙物發(fā)生撞擊，如圖24所示。損耗函數(shù)L可以表示為： (22)其中，表示目的角度； 表示輪子角度； 表示原來角度k、u、w為比例系數(shù)，損耗最小的就是最優(yōu)路徑，調(diào)整這些系數(shù)可以改變移動(dòng)機(jī)器人的避障效果。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。任意時(shí)刻創(chuàng)建的圖形都是一個(gè)劃分的柵格，只有在傳感器掃描范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)才會(huì)在柵格內(nèi)從而取代已有的舊數(shù)據(jù)?；蚴?80176。 （21）L:物體與傳感器間的距離；c：光速。圖21 LMS 200實(shí)物L(fēng)MS200激光測距儀測距原理如圖22所示，它 是基于飛時(shí)測量原理（激光雷達(dá)）工作的。兩種角度范圍模式可供選擇，長度誤差小于10 mm ，角度誤差小于0. 5176。它的最小測量距離是0m，最大測量距離是80 m ，有100176。主要任務(wù)和目標(biāo)：學(xué)習(xí)和了解Robotic 本課題的主要任務(wù)與目標(biāo)是在Robotic因此怎樣才能夠使得機(jī)器人安全的避過障礙物而到達(dá)指定目的地越來越引起人們的關(guān)注。避障在移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。在人們的日常生活中，機(jī)器人也開始得到使用并引起人們的高度關(guān)注。日本早稻田大學(xué)于70年代初期開發(fā)出和人類相似的兩足行走機(jī)器人。通過在地面的控制，利用美國“探測者”3號(hào)成功實(shí)施了在月球上挖溝的計(jì)劃并完成了其它的任務(wù)。 differential drive。【關(guān)鍵詞】移動(dòng)機(jī)器人；激光測距儀；向量場直方圖 ；差分驅(qū)動(dòng)；避障STUDY OF OBSTACLE AVOIDANCE FOR THE MOBILE ROBOT BASED ON VECTOR FIELD HISTOGRAMAbstract【ABSTRACT】Mobile robots are widely used in industrial production and manufacturing，especially in dangerous
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