基于GGRRT的机器人自适应栅格地图创建与路径规划研究

发布时间：2023-08-13 19:57

　　随着人工智能的热潮席卷全球,机器人的发展受到广泛关注。室内移动机器人作为机器人研究领域的重要分支,吸引了诸多学者的注目,其中地图构建与路径规划是室内移动机器人导航研究的热点和难点。目前,已知环境下的机器人导航技术已相对成熟,但未知环境下的机器人导航还有些关键问题亟待进一步研究。本文首先研究了机器人在室内环境下的定位问题,采用基于信标的UWB定位技术为机器人提供较为准确的位姿估计;然后研究环境地图未知情况下的目标搜索问题,提出基于GGRRT(Goal Guide Rapidly-exploring Random Tree)的子目标搜索算法;接着针对大范围栅格地图创建过程中存在的海量存储空间问题,提出基于多叉树的自适应栅格地图创建算法;最后在已创建好的自适应栅格地图的基础上,采用改进MMAS算法进行已知环境下的全局路径规划。论文展开的具体研究工作及成果如下:(1)未知环境下基于GGRRT的子目标搜索算法对移动机器人在室内环境下的位姿估计问题进行研究,采用当前定位精度高、综合性能较好的UWB定位技术,以获取机器人的精准定位。机器人在首次探索未知环境时,为避免其搜索的盲目性,设计了基于GGRR...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 自主移动机器人国内外研究现状
        1.2.1 国外自主移动机器人发展概况
        1.2.2 国内自主移动机器人发展概况
    1.3 移动机器人导航技术综述
        1.3.1 移动机器人定位技术
        1.3.2 移动机器人地图构建技术
        1.3.3 移动机器人路径规划技术
    1.4 研究内容和结构框架
        1.4.1 研究难点和挑战
        1.4.2 研究内容和结构框架
第2章 基于UWB的移动机器人室内定位
    2.1 室内定位技术
        2.1.1 室内定位技术分类
        2.1.2 室内定位传感器性能对比
    2.2 UWB的测距方法和定位方法
        2.2.1 TOF测距法
        2.2.2 三边定位法
        2.2.3 加速度计与陀螺仪融合的角度估计
    2.3UWB室内定位实验
        2.3.1 定位环境与硬件介绍
        2.3.2 轨迹跟踪实验
    2.4 本章小结
第3章 未知环境下基于GGRRT的子目标搜索算法
    3.1 基本RRT算法
        3.1.1 RRT算法原理
        3.1.2 RRT新节点生成
        3.1.3 RRT路径生成
    3.2 加入目标导向的GGRRT算法
        3.2.1 GGRRT算法原理
        3.2.2 GGRRT新节点生成
        3.2.3 GGRRT路径生成
        3.2.4 GGRRT算法概率完备性证明
    3.3 基于GGRRT的子目标搜索算法
        3.3.1 子目标选取
        3.3.2 建立局部搜索与全局搜索的联系
    3.4 实验与分析
        3.4.1RRT与 GGRRT的对比实验
        3.4.2基于GGRRT的子目标搜索实验
    3.5 本章小结
第4章 自适应栅格地图创建方法
    4.1 传统栅格地图创建方法
    4.2 自适应栅格地图创建方法
        4.2.1 自适应栅格表示方法
        4.2.2 求解栅格中心坐标
        4.2.3 求解栅格概率并更新地图
        4.2.4 收敛性说明
    4.3 自适应栅格地图实验与分析
        4.3.1 传统栅格与本文自适应栅格地图对比仿真
        4.3.2 四叉树栅格与本文自适应栅格地图对比仿真
    4.4 本章小结
第5章 基于改进MMAS的全局路径规划
    5.1 基本MMAS算法
    5.2 改进MMAS算法
    5.3 路径规划仿真实验与分析
        5.3.1 路径规划仿真实验场景
        5.3.2 基本MMAS算法与改进MMAS算法对比
        5.3.3 改进MMAS算法与A*算法对比
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢



本文编号：3841842