多步长蚁群算法的机器人路径规划研究

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1、第一章绪论的家庭，管理和照顾人类的生活。机器人体现了一个国家的科学技术发展和创新能力的水平，世界上越来越多的国家对机器人发展表示高度的关注，同时将发展建设机器人产业作为国家战略，并以此作为保持和提升制造业竞争水平的一个重要手段。德美日等国家相继提出了大力发展机器人的计划。机器人的研究是当今科学界的重点研究领域同时也是社会上最受民众关注的一个研究领域，路径规划是机器人研究领域的一个重要分支。路径规划是指在一个存在障碍物的环境中，根据一些要求，能够找到一条从出发点到终点的无碰撞的路径。路径规划是机器人研究领域的研究重点，路径规

2、划需要解决3个问题：1）能够从出发点到达设定的终点；2）能够识别障碍物的形状和分布，运用算法避开障碍物，无碰撞的通过；3）完成前面两个目标的前提下，能够找到一条在此环境中的最优或者次优的路径。1.2国内外机器人研究现状1.2.1国外机器人研究现状近年来，一些发达国家和一些新兴国家，纷纷把机器人作为国家发展的一[1]个重要计划，如2011年，美国公布了《国家机器人计划》，2014年，欧委会和欧洲机器人协会下180个公司及研发机构共同启动全球最大的民用机器人研发计划“SPARC”，2015年，日本政府公布了《机器人新战略》。机

3、器人也因此得到快速的发展。2013年，美国宇航局代表团在旧金山举行的游戏开发大会上，展出一款新[2]型“六足机器人”，被命名为ATHLETE，如图1.1，它由NASA的喷推实验室复杂开发，可以通过远程控制实现行走，甚至的跳跃和舞蹈。实际上这是一型全地形地外天体探索者，其最大特点是配备了“六条腿”，即六个负重轮，其腿部也设计了灵活的关节，可以进行大范围的移动。这款机器人尺寸大约在13英尺，可装卸大型货物，可爬上坡度为36度的斜面。2第一章绪论图1.1机器人宇宙探测机器人ATHLETE[3]2014年，日本电子业巨头日立公司推

4、出了一款新机器人“EMIEW2”，身高大约0.8米，体重14千克，如图1.2所示。能够通过无线装置接收指令对人的语音做出回应。并且能够依靠“滚轴”在地面不平的地方自如地来回走动，背部安装14个扩音器，使其能在吵杂环境中接收到人的语音信息，还能够和人进行简单的对话交流，甚至播报天气预报等。同时它的最大行进速度可以达到约6km/h。图1.2机器人EMIEW2[4]2014年，麻省理工学院发明了一个新的爬行类机器人-“cheetah”，如图1.3。3第一章绪论它采用了高转矩密度的电动马达，同时研究人员开发出了一种新算法，这个算法

5、可以使研究人员控制动物脚部接触地面的力量大小，当机器人奔跑时，在奔跑过程中的每一步伐，计算出机器人双脚所需运用的合适的力度，以便于它可以保持自身的平衡，这些技术使得cheetah不仅仅拥有48公里的超高时速，还能自动避开障碍物，完美跳跃而过。图1.3机器人cheetah1.2.2国内机器人研究现状我国对机器人的研究给予高度的重视，是国家高技术研究发展计划、国家自然科学基金、国家科技重大专项等的重点资助项目。国内各大高校和研究机构，如清华大学、国防科技大学、中国科技大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、吉林大学、天津大学、华南

6、理工大学、中国科学院沈阳自动化研究所、中国科学院自动化研究所等，都对机器人的研究做了大量的工作，并取得了一定的研究成果。[5]2013年上海交通大学研发出具有自主知识产权的“六爪章鱼”救援机器人，如图1.4所示。该机器人高约1米，最大伸展尺寸可达2×2米，它由18个电机驱动，通过远程遥控使用，能够灵活地沿各个方向稳定行走，速度可达1.2千米/小时，特殊的腿部设计配合18个驱动单元能显著提高机器人的承载能力，使其能负重150公斤。拥有很强的机动性、避障能力和稳定性和有较强的抗干扰能力，准确的执行操作者的指令。4第一章绪论图1

7、.4上海交通大学研制出的六足机器人2015年国防科技大学研发出脑控机器人，利用人的脑电波控制机器人运动和汽车驾驶。将人脑作为系统的一个环节，利用人脑来提升整个系统的智能水平，主要通过脑电波电极帽来采集人的脑电波，同时把微弱的脑电波放大并传送到计算机中，计算机从这些脑电波信号中读取人的想法，然后再通过计算机把人的想法转换成机器人的控制指令，并通过无线装置发送给移动机器人。这样，就可以仅仅通过大脑的想法来控制移动机器人完成前进、左右转弯等动作，如图1.5所示。图1.5国防科大研发出的脑控机器人5第一章绪论1.3本论文的主要内容

8、及安排本论文的研究内容为自适应蚁群算法的移动机器人路径规划，安排如下：第一章为绪论部分。主要介绍了机器人及其路径规划问题的研究背景和研究意义，并描述了国内外机器人的研究现状。第二章为介绍移动机器人的路径规划算法概述。介绍了几种解决路径规划问题的主要算法，同时分析了它们的优缺点。第三章为主要是介绍图像识别