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matlab0413 抢险救援机器人全局路径规划设计

项目介绍

摘要

抢险救援机器人全局路径规划设计是指在灾难的工作环境中,机器人如何寻找一条从给定起点到终点适当的运动路径,使机器人在运动过程中能安全、无碰地绕过所有障碍物来快速脱离险境。机器人全局路径规划为一个有约束的优化问题,都要完成路径规划、定位和避障等任务。根据机器人对环境信息掌握的程度不同将智能机器人路径规划分为基于模型的全局路径规划和基于传感器的局部路径规划。全局规划设计即在综合考虑所处的环境因素进行综合优化设计合理地路径来用于抢险救援。

本课题将基于人工智能算法对抢险救援机器人全局路径进行规划设计,通过算法寻找一条最优的全局路径,为机器人在抢险救灾过程中的解决方案。本文通过对蚁群算法来模拟抢险救援机器人全局路径规划问题,并通过matlab仿真实现,取得了不错的效果,为抢险救援机器人全局路径规划设计提供一种参解决的方法,可以为实际的机器人在救灾过程中的路径研究提供借鉴。

关键词:全局路径规划;蚁群算法;matlab

目录

摘要................................................................................................................................ 1

Abstract.......................................................................................................................... 2

第一章 绪论.................................................................................................................. 3

1.1选题背景和意义.............................................................................................. 3

1.3国内外研究现状.............................................................................................. 4

1.3.1国外研究现状....................................................................................... 4

1.3.2国内研究现状....................................................................................... 5

第二章 机器人路径规划研究...................................................................................... 6

2.1 路径规划的定义............................................................................................. 6

2.2 路径规划问题分类......................................................................................... 7

2.3 环境建模......................................................................................................... 7

第三章 蚁群算法原理和应用...................................................................................... 9

3.1蚁群算法概述.................................................................................................. 9

3.2 人工蚁群算法原理......................................................................................... 9

3.3 蚁群算法的原理........................................................................................... 10

3.4 蚁群算法解决TSP问题............................................................................... 12

3.4.1TSP问题描述....................................................................................... 12

3.4.2蚁群算法求解TSP的基本思想......................................................... 13

3.4.3蚁群算法解决TSP问题的基本步骤................................................. 14

第四章 抢险救援机器人全局路径规划地实现........................................................ 15

4.1matlab介绍.................................................................................................... 15

4.2 问题的描述................................................................................................... 16

4.3 仿真实现....................................................................................................... 17

答谢.............................................................................................................................. 19

参考文献...................................................................................................................... 20

源程序.......................................................................................................................... 21

 第二章 机器人路径规划研究

    路径规划技术是智能机器人领域中的一个重要分支,是机器人学中研究人工智能问题的一个重要方面,也是目前研究的重点领域。2003年底和2004年初分别登入火星的猎兔犬2号、勇气号和机遇号,20078月份发射的凤凰号探测器,以及我国计划2009年发射的首个火星探测器,暂名为“萤火一号”,它们的路径规划技术代表着当今世界移动机器人路径规划技术的最高水平。我们希望未来的机器人能具有更智能的感知、规划和控制等高层能力。它们能从周围的环境中收集知识,构造一个关于环境的符号化模型,并且利用这些模型来规划、执行复杂的高层任务。在本课题讨论的移动机器人路径规划系统中主要的要求是:能在环境地图中寻找一条路径,保证机器人沿该路径移动时不与外界发生碰撞,并能够按照需要找到最优路径。

2.1 路径规划的定义

   机器人路径规划问题可定义为:给定机器人的出发点和目标点,在有固定或移动障碍的环境中,规划一条无碰撞的、满足某种最优准则的路径,使机器人按照该路径从出发点顺利运动到目标点。考虑到机器人在运动过程中会消耗能量、占用时间、非直线运动,可以围绕这几个方面建立最优准则,如,要求所消耗的能量最少、所用的时间最短、路径长度最短等。以FS表示无碰撞的自由空间,路径规划问题可以描述为:给定一个起始结点 S和目标结点E,在FS中寻找一条连接这两点并满足某一最优准则的连续曲线。

2.2 路径规划问题分类

根据环境是否时变(即是否含有运动障碍)可以把机器人工作环境分为静态环境和动态环境。而机器人根据对环境信息掌握的程度和障碍物的不同,移动机器人的路径规划基本上可分为以下几类:

1)已知环境下的对静态障碍物的路径规划;2)未知环境下的对静态障碍物的路径规划;3)已知环境下对动态障碍物的路径规划;4)未知环境下的对动态障碍物的路径规划。另外,路径规划根据规划时是否能得到全部环境状态信息(即所有物体的位置和运动信息)又可分为基于全局信息的规划和基于局部信息的规划。全局路径规划方法是依据已获取的全局环境信息,给机器人规划出一条从起点至终点的运动路径。规划路径的精确程度取决于获取环境信息的准确程度。全局路径规划的规划方法通常可以寻找最优解,但需要预先知道准确的全局环境信息。局部路径规划只需要了解行进中的机器人周围的障碍物信息,并在其行走过程中,分析、处理传感器采集的信息以更新其内部环境表示,从而确定出机器人在地图的当前位置及其局部的障碍物分布情况以选出从当前结点到某一子目标结点的较优弧。

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