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基于向量場直方圖的移動機器人避障方法研究畢業論文(編輯修改稿)

2026-07-22 14:08 本頁面

　

【文章內容簡介】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，但由圖容易發現當給定值為2時的效果更好，因為給定值為1時要過段時間才能夠發現前方障礙物。因此我們可以得出結論，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，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個有效值對應的安全路徑范圍的中心角對應的邊長。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之間的角度。角速度控制由2的③可得最優給定值，Gb對應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，.注：由2確定的最優給定值Gb可能對應多個安全路徑方向，其中選取中心角對應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，但是當機器人距離障礙物較近時或者行駛方向與目標偏離較大時，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方向之間的差距比最優給定值的優先權要高，這樣可以保證機器人更快的避開障礙物。根據差分驅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仿真實現步驟添加場景和機器人打開Microsoft Visual Simulation Environment 2008，模式設置為編輯狀態。，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。再設定機器人初始位置為0,0,0 。點擊“Add Motor Base”，添加一個差分驅動的機器人本體。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的左側編輯欄中，選擇Motor Base with Drive點擊“Edit Entity”出現編輯窗口如圖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境菜單項EntityNew，出現圖26窗口，選擇FloorPlanEntity圖46建立機器人環境點擊OK，加入房間構造，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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