基于激光雷达的移动机器人环境建模与路径规划方法的研究

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1、中南大学硕十学位论文摘要在移动机器人相关技术的研究中，导航技术是其核心，而环境建模技术和路径规划技术又是导航技术的关键环节，也足当前国际学术界关注的热点问题。本论文的研究来源于国家自然科学基金重点项目一一未知环境中移动机器人导航控制的理论与方法研究(项目批准号：60234030)。本论文的研究目标足提供一条解决复杂环境下移动机器人环境建模与路径规划问题的途经。因此，本论文将着重于以下四个关键问题的研究：第一，设计一个能与移动机器人原型控制系统并行异步协同工作的实验平台，并能满足环境建模与路径规划技术研究的需要。第二，针对移动机器人的导航，研究环境知识的表示方法以提供『一种有效的环

2、境模型。第三，根据已经建立的环境模型，实现环境知识的扩展即产生精确的全局规划决策。第四，依据实际实验环境，设计一种呵用于验证实验平台、环境建模与路径规划方法的移动机器人导航策略。本论文围绕四个关键问题开展了以下几个方面的研究：第一，在分析了移动机器人环境建模技术和路径规划技术的研究现状及其缺陷的基础上，设计了一个建模与规划实验平台，能与机器人原型控制系统的其他子系统协调工作，可为随后的多种导航实验提供有利的支持。第二，结合环境建模中常用的栅格法，提出了一种基于改进近似Voronoi边界网络(ImprovedApproximateVoronoiBoundaryNetwork，IAv

3、BN)的环境建模方法，在应用范围和模型精度上比近似Voronoi边界网络(ApproximateVoronoiBoundaryNetwork,AVBN)方法部有所扩展和提高。该方法适用于单区域的环境建模，通过区域融合的思想可将其运用到多区域的环境建模中，从而有助于解决复杂广义环境的建模问题。第三，提出了一种基于环境拓扑模型的改进最短路径算法，相对于经典Dijkstra算法，在计算时间和运算次数上都有所减少；同时，提出了一种路径优化算法，在路径长度上比Dijkstra算法有所减少，中南大学硕卜学位论文摘要从而可为移动机器人实时导航研究提供更有效的指导。第四，结合基于行为的导航技术，

4、设计并实现了HOMING实验策略，可用于验证本文所提出的各种方法，其可行性通过真实环境的实验得到了证实，也为今后深入研究移动机器人的各项导航技术提供了一定的借鉴。关键词：移动机器人，激光雷达，环境建模，路径规划，HOMING实验策略ⅡABSTRACTThenavigationtechnologyisthecoreoftheresearchformobilerobot,however,theenvironmentalmodelingtechnologyandthepathplanningtechnologyarethekeyresearchprocessinthenavigatio

5、nstudyofthemobilerobot，andtheyalsoarepopissuesininternationalacademe．ThisthesisissupportedbythekeyprojectoftheNationalNaturalScienceFoundationofChinaundergrantno．60234030，ResearchonTheoriesandMethodsofNavigationControlforMobileRobotsunderUnknownEnvironments．Itaimsatprovidingawaytosolvetheprob

6、lemsofenvironmentalmodelingandpathplanningformobilerobotincomplexenvironment．Sothestudyinthethesisfocusesonfourkeyproblemsasfollows：Firstly，designinganexperimentalplatformwhichcooperateswiththemobilerobotprototypeinparallelandasyasynchronouslyinordertoachievetherequirementsofenvironmentalmode

7、lingresearchandpathplanningresearch．Secondly，experimentalrepresentationforthenavigationofmobilerobotisstudiedtOprovideaneffectiveenvironmentalmodel．Thirdly,accordingtotheenvironmentalmodelwhichhasalreadyfounded，realizingtheexpansionoftheexper