自主式移动机器人定向与避障技术研究

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1、西南科技大学硕士研究生学位论文第1页摘要自主式移动机器人(AutonomousMobileRobot)是一种具有高度自规划、自组织、自适应能力，适合于在复杂的非结构化环境中工作的机器人。导航技术是是移动机器人实现智能化及完全自主的关键技术，在导航技术中移动机器人的定向与避障又是关键中的关键。论文对自主式移动机器人的硬件系统、避障、定向以及局部路径规划算法等相关技术进行了研究。讨论了移动机器人主要传感器模型和运动学模型并介绍了AMR的体系结构以及轮式结构的设计；选择以AT89C51作为核心处理器，利用其内部集成的丰富的外设接口资源实现了AMR运动控制系统以及超声波测距传感器和电子指南针定向传感器

2、电路的设计；详细介绍了AMR定向与避障的算法，利用改进的虚拟力场法实现自主式移动机器人的定向与避障；基于MobotSim的仿真结果表明改进的虚拟力场法在AMR的定向与避障导航控制中具有很好的效果。关键词：自主式移动机器人定向避障改进的虚拟力场法西南科技大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractAutonomousmobilerobotisahighlyself-programming，self-organizingandadaptivecapacityrobot，whichissuitableforworkinginthecomplexunstructuredenvironment．Nav

3、igationisthekeytechnologywithwhichmobilerobotcouldachieveintelligentandcompletelyautonomous．Orientationandobstacleavoidanceofmobilerobotarethemostimportantinthenavigationtechnology．Inthispaper，wemainlystudiedtheautonomousmobilerobothardwaresystem，obstacleavoidance，orientation，localpathplanningalgori

4、thmandotherrelatedtechnologies．Wediscussedthemainsensorandkinematicmodelformobilerobotanddesignedthearchitectureandwheeledstructure．TouseitsinternalintegrationoftherichresourcesoftheperipheralinterfacetoachievethecircuitdesignofAMRSkinematiccontrolsystem，ultrasonicrangingsensorsandelectroniccompasso

5、rientationsensor，AT89C51waschosenasthecoreprocessor．OrientationandobstacleavoidancealgorithmsofAMRwerediscussedindetail．TheimprovedvirtualforcefieldmethodwasusedtoachieveAMRSorientationandobstacleavoidance：ThesimulationresultsbasedonMobotSimshowedthattheimprovedvirtualforcefieldmethodtoAMRatthedirec

6、tionofnavigationandobstacleavoidancecontrolwithgoodeffect．Keywords：Autonomousmobilerobot；orientation：0bstacleavoidance；Improvedvirtualforcefieldmethod飘{位论文第1lI页1．3移动机器人研究的关键技术和发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31．3．1移动机器人研究的关键技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31．3．2移动机器人研究的发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51．4本文主要工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52移动机器人传感器系统及运动学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．72

7、．1传感器系统介绍与比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72．1．1测距传感器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．i72．1．2定向传感器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82．2移动机器人运动学模型⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．102．2．1自主式移动机器人的体系结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．102．2．2自主式移动机器人的轮式结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．112．2．3移动机器人的运动学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．122．2．4移动机