服务机器人路径规划技术研究

随着技术的发展和数字产品的价格下降，家用机器人必将成为未来数字家庭的主导。正如家用机器人生产厂商iRobot的CEO科林·安格尔所说：“我认为，完全有理由想像，10年之后每个家庭都将拥有一台机器人。”路径规划技术是移动机器人导航系统中不可缺少的重要组成部分，不仅是移动机器人完成任务的安全保障，同时也是移动机器人智能化程度的重要标志。 本论文以新松公司“家用服务机器人的研究开发”项目为背景，对服务机器人的路径规划系统中的重点和难点问题进行了深入的研究，主要工作如下： 在嵌入式微处理器ARM7上实现了服务机器人的路径规划系统，完成了超声波传感器和红外传感器的采集和标定，并通过仿真研究和实验研究两方面对机器人的路径规划系统进行分析和设计。 在MATLAB GUI的仿真平台上，采用改进斥力势场函数解决了障碍物附近目标点不可达问题，通过引入引导点解决机器人在‘U’型区域内的震荡问题。在实验中，首先采用改进势场函数实现了机器人的折线规划方法，基于此算法，实现了机器人在固定范围内漫游的功能；通过改进折线规划方法，提出了弧形规划算法；通过引入人工协调场，解决了机器人、障碍物与目标点在一条直线上时与长形障碍物的碰撞问题；最后再加上各种安全措施，保证机器人在躲避障碍物的同时，能以一种比较平滑、优美的曲线到达目标点。 本论文首先在仿真中实现基本的规划算法，以服务机器人为平台，通过实验，不断发现新问题，提出新的改进算法，最后再在实验中进行验证。实验结果表明本文设计的路径规划算法能够实现机器人以平滑优美的曲线在复杂环境中的路径规划功能。