【正文】 PC 作為上位機(jī)。如圖 23 所示。當(dāng)上位 機(jī)和下位機(jī)建立連接之后，上位機(jī)可以仿真一個網(wǎng)絡(luò)上的機(jī)器人服務(wù)器，或者直接利用獲得的信息控制機(jī)器人。 圖 24 Amigo 機(jī)器人連接方式 Aria 幫助用戶實現(xiàn)上位機(jī)的應(yīng)用程序與下位機(jī) Firmware 的通訊以及應(yīng)用程序與下位機(jī) Firmware 的通訊，其中也包含了對下位機(jī)附件設(shè)備的通訊和管理。 機(jī)器人的通訊即為建立 ArRobot 實例與機(jī)器人平臺 OS（也即 Firmware）的 8 連接關(guān)系。 ArRobot 實例可以與機(jī)器人 Firmware 建立連接，也可以與仿真器建立連接，建立連接的過程由 ArRobotConnector 類實現(xiàn)。 機(jī)器人 Client 與 Server 之間通訊傳輸?shù)幕締挝皇欠舷蠕h數(shù)據(jù)協(xié)議的數(shù)據(jù)包，基本過程： Client 發(fā)送指令數(shù)據(jù)包（ Command Packets ）給機(jī)器人，來控制機(jī)器人平臺。 SIPs 包含了機(jī)器人及附件設(shè)備的狀態(tài)信息，每 100ms 由 Server 向 Client 發(fā)送一次。這些數(shù)據(jù)信息通過 ArRobot的狀態(tài)映射表來實現(xiàn)存儲和使用。每個任務(wù)周期處理的任務(wù)有： SIP 數(shù)據(jù)包解析、傳感器數(shù)據(jù)處理、機(jī)器人行為處理、狀態(tài)映射、用戶任務(wù)處理。常用的移動機(jī)器人坐標(biāo)系有兩種，分絕對坐標(biāo)系和相對坐標(biāo)系，一般使用絕對坐標(biāo)系。由光電編碼器的值計算得到是移動機(jī)器人的內(nèi)部坐標(biāo)位置，因此是相對坐標(biāo)系中的位置。移動機(jī)器人時刻處于運(yùn)動當(dāng)中，即相對坐標(biāo)系一直在發(fā)生變化，而絕對坐標(biāo)系始終保持不變，因此大多說情況，機(jī)器人相對坐標(biāo)和絕對坐標(biāo)不同，簡單坐標(biāo)變換情況如圖 27 所示。 y=y0 +錯誤 !未找到引用源。我們可以連接起始點(diǎn)和障礙物的頂點(diǎn)，再連接障礙物的頂點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)，障礙物的不同頂點(diǎn)對應(yīng)了不同的路徑，從這些有限的路徑中選出的最短路徑就是我們要求的最優(yōu)路徑。 根據(jù)模糊推理結(jié)果確定行為。然后用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)表示懲罰函數(shù)。 4． 基于人工勢場的路徑規(guī)劃方法 圖 34 基于人工勢能場的路徑規(guī)劃 如圖 34 所示，障礙物對機(jī)器人施加排斥力，目標(biāo)點(diǎn)對機(jī)器人施加吸引力，合力形成勢場，機(jī)器人移動就像球從山上滾下來一樣，機(jī)器人在合力 作用下向目標(biāo)點(diǎn)移動。 工作環(huán)境已經(jīng)知道寬度，長度，分別是 W， L, 網(wǎng)格尺度（長度，寬度）均是 b，那么網(wǎng)格的數(shù) 為（ L／ b）（ W／ b）環(huán)境 Map 由柵格構(gòu)成： Map＝ {mapi, mapi=0 或 1} i 為整數(shù) 13 當(dāng) Map＝ 1 時表示該柵格為障礙區(qū)域， Map＝ 0 時表示該柵格為自由區(qū)域。通常我們把柵格劃分成許許多多小的柵格，以最小的柵格為基本元素，并對其賦予值 0 或者 1，當(dāng)小柵格落在障礙物區(qū)時為 1， 小柵格落在非障礙物區(qū)時為 0。利用上述思想，繪制出機(jī)器人的基于柵格的工作環(huán)境地圖。注意我們進(jìn)行柵格劃分時，總是假定機(jī)器人的工作環(huán)境是矩形的，從而把柵格等分成許許多多的小矩形，這樣有利于對柵格進(jìn)行編號。 圖 31 用柵格法表示機(jī)器人場地 為了編程處理的方便，我們需要對柵格做出一些規(guī)定，將柵格分為中間柵格和邊界柵格，主要是用于判斷柵格位置。通過建立數(shù)組的形式來描述下一步將要搜索的具體柵格的方位： Next_oritation[i]={9,1,11,10,9,1,11,10} 1 i 8 式子中數(shù)組元素順序?qū)?yīng)于不同的方位，其順序依此為東南、東、東北、北、西北、西、西南、南。如 圖 31 中 的柵格 51，其下一步可以選擇的柵格表示為： Next_oritation[i]={10,9,1,11} 1 i 3 說明其下一步的搜索方向可以為向下、右下、右、右上。以圖 31 為例，規(guī)定機(jī)器人的任務(wù)為機(jī)器人有當(dāng)前柵格 1 運(yùn)行到柵格 100，要求路徑最優(yōu)，且不能碰到障礙物，根據(jù)柵格搜索法，需要一個柵格、一個柵格的逐次搜索，對于第一條路徑的確定，即選擇第二個柵格，原則上是向著指向目標(biāo)的方向，同時還要考慮到障礙物，這樣就可以對8 個方向的優(yōu)先性做出判斷 ，然后給予每個方位一個優(yōu)先值，當(dāng)起始柵格變化時，優(yōu)先值發(fā)生變化。所謂的正反饋，就是在程序執(zhí)行時，增加一個反饋量。對于第 i1 條路徑中柵格 u 和 v 的關(guān)聯(lián)程度的更新方程為： 15 ??? ? ),(),( 1 vum a pvum a p ii 隨著某一節(jié)點(diǎn) u 與節(jié)點(diǎn) v 之間關(guān)聯(lián)程度的增加，則由該節(jié)點(diǎn) u 選擇下一結(jié)點(diǎn)時，節(jié)點(diǎn) v 被選擇通過的概率也會增加，與此同時若從某一個節(jié)點(diǎn) u 選擇 v 通過的數(shù)目呈現(xiàn)增加趨勢，那么節(jié)點(diǎn) v 和節(jié)點(diǎn) u 之間關(guān)聯(lián)程度也會增加，則關(guān)聯(lián)程度和通過的路徑數(shù)目之間形成正反饋機(jī)制，使得所選擇的路徑不斷地趨向于最優(yōu)路徑。 、 ??i? 錯誤 !未找到引用源。 、??iw 計數(shù)器 i=j=0，設(shè)置循環(huán)次數(shù) m， n 計算它的下一個可行結(jié)點(diǎn)集合 V中某個結(jié)點(diǎn) v的概率 uvp 當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為目標(biāo)點(diǎn) i=j+1 im 修改關(guān)聯(lián)程度 ),( vumapi j=j+1 jn 結(jié)束 否 是 否 否 是 17 四、仿真實驗及結(jié)論 （一）算法 性能分析 在柵格的搜索上，采用概率計算的方法，保證公平公正，由當(dāng)前節(jié)點(diǎn)選擇下一結(jié)點(diǎn)時，都是按照比例概率，因此保證了在可行方向上的每一個柵格都有可能被選到。只有保證可行方向上的每個節(jié) 點(diǎn)都有可能被選到，保證路徑選擇的多樣性，才能保證搜索到的路徑是最優(yōu)路徑。程序編寫是基于 C++語言，利用 Microsoft Visual Studio 2020 建立項目，并生成可執(zhí)行文件。然后啟動 MobileSim仿真軟件，并加載繪制的環(huán)境地圖，此時便可以運(yùn)行 Visual Studio 2020 生成的可執(zhí)行文件， 然后打開 MobileEyes，自動建立連接，進(jìn)入仿真界面，選擇 Tour Goals。 18 圖 33 路徑規(guī)劃 從上圖的仿真結(jié)果可以看出， Amigo 機(jī)器人規(guī)劃出了一條由起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn) 的可行路徑，并沿著這條路徑順利到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，不過在前進(jìn)過程中，為了實現(xiàn)路徑最優(yōu)，機(jī)器人會對原來的路徑進(jìn)行修改，直到到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)為止。 （三） 結(jié)論 通過仿真驗證，該算法實現(xiàn)了以下功能：第一，在沒有障礙物的地圖工作 環(huán)境中， Amigo 機(jī)器人能夠迅速的完成路徑規(guī)劃任務(wù)。此外，當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)發(fā)生變化時，Amigo 能夠迅速的由當(dāng)前點(diǎn)規(guī)劃出到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的路徑。 19 五、總結(jié)于展望 （一）總結(jié) 本文主要研究了在環(huán)境已知條件下，利用柵格搜索的方法對機(jī)器人的路徑進(jìn)行規(guī)劃的問題。 Amigo 機(jī)器人使用特定的開發(fā)軟件 Aria， Aria提供了 Amigo 機(jī)器人編程的一整套應(yīng)用程序接口，因此我們主要是借助于 Aria的 API 進(jìn)行編程。 （二）展望 本次畢業(yè)設(shè)計的要求是：在 Amigo 機(jī)器人工作環(huán)境已知的條件下，規(guī)定環(huán)境中某一目標(biāo)點(diǎn)，要求該機(jī)器人能夠規(guī)劃出一條路徑，是該機(jī)器人能夠在環(huán)境 中的任意一點(diǎn)成功到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，且該路徑具有最優(yōu)性。即使是同樣運(yùn)用柵格法，不同的考慮方向、不同的編程思想，也會有不同的效果。柵格法將一個柵格作為路程的最小單位，很明顯，兩個相鄰的柵格之間也存在最短路徑。因為所用柵格法，第一步就要求對所給地圖劃分柵格，相應(yīng)的障礙物的 位子和形狀早已為給定。（ 4） Amigo 機(jī)器人無法避開體積較小的障礙物。因為硬件原因出現(xiàn)的問題，如不能感應(yīng)出體積偏小的障礙物，可以用更為高級精確的傳感器。這樣不僅能感應(yīng)更小的障礙物，也能讓移動機(jī)器人選擇路徑的時間縮短，減少整個路徑規(guī)劃的