开题报告路径规划

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1、四川农业大学学士学位论文开题报告论文题目移动机器人路径规划的智能算法研究学号：20083499姓名：杜春龙指导教师：陈松柏学科专业：农业电气化与自动化所在学院：信息与工程技术学院2011年4月10日填四川农业大学本科生毕业论文（设计）开题报告毕业论文（设计）题目移动机器人路径规划的智能算法研究选题类型应用型课题来源自选题目学院信息与工程技术学院专业农业电气化与自动化指导教师陈松柏职称高级实验师姓名杜春龙年级2008-1学号20083499一、本课题的研究意义，现状、水平和发展趋势1.1项目的现状与背景1.1国内外现

2、状1.1.1国外机器人发展状况随着社会的进步和科学技术的日新月异，人们越来越希望能够创造出一种帮助自身完成各种功能的机器包括一些存在巨大安全隐患的作业。早在20世纪60年代，世界各国就开始了机器人的研究。从第一台机器人诞生至今，机器人技术取得了非凡的发展，现已发展成为一门集机械、电子、计算机、控制、传感器、信号处理等多学科门类为一体的综合性尖端科学。1.1.2国内机器人的发展状况在智能机器人方面，我国也做了不少研究。同国外的研究相比，我国在智能机器人方面的研究起步较晚，但发展较为迅速。国家“863"智能机器人专家组

3、将智能机器人的研究作为今后发展的重点。在最近的十年里，我国已经陆续研制出一些机器人。这些机器人都较为成功的利用了多传感器信息融合技术和路径规划。这些机器人都具备一定的自主能力。同时，在核工业机器人、排险机器‘人水下机器人、室外移动机器人、爬壁机器人等方面，我国也取得了一定的研究成果。1.2机器人的发展趋势机器人作为科技进步的产物，有如下优点：①可以代替人们进行高危作业。②可以代替人们进行简单、枯燥的工作。③可以不断重复相同的工作而不知疲倦。正是因为它有这些优点，故而它在国民生产、医疗保健，特别是工业方面有广泛的应用

4、。目前机器人的发展趋势有如下几个方向：①工业机器人的性能不断提高而价格却在不断降低；②工业机器人的控制系统逐步向基于PC机的开发型控制发展，其成本低，具有标准网络功能，同时系统可靠性、易操作性、可维修性得到了大幅度的提高。③机器人不断向人机交互控制方向发展。④机器人不断向实用化方向发展。1.3研究的意义虽然我国已经在机器人方面已经有了不少成果，但是相对于国外来说，还是有一定的差距。在机器人的路径规划方面，还有许多问题亟需解决。在已有的路径规划方案中，仍有一些地方需要改进，主要有以下几个方面：①算法的求解精度较差，算

5、法的时空开销都较大。②算法的灵活性有待进一步提高。③算法的稳定性不是很理想。部分算法存在局部最优的问题。④算法的收敛性不能满足实时性的要求。在充分考虑了以上问题的情况下，本课题采用遗传算法实现机器人的路径规划。设计的遗传算法除能解决以上问题外还具有如下优点：①克服了人工势场法中的局部极小值问题，对于各种问题的寻优具有很好的适应性，鲁棒性较强。②通过设计合理的适应度函数体现不同的标准。具有很好的灵活性。③通过引入一定的选择机制，加快其收敛速度。同时由于其在宏观上具有一定的方向性，所以它较以往的随机搜索算法搜索效率较高

6、。二、研究方案2.1设计的主要内容本课题主要研究内容是利用智能算法实现移动机器的路径规划。根据环境信息是否已知，又可以分为环境已知的全局路径规划和环境未知的局部路径规划。其中全局路径规划无法解决动态避障和复杂多变的环境问题。而局部路径规划，由于没有完整的环境信息，无法达到全局的最优，只能达到某种程度上的次优。本课题在充分结合两者的优点的情况下，实现机器人的路径规划。2.2预期达到的目标2.2.1机器人能够判断出所遇到的障碍物的位置并能自动进行避障处理。2.2.2机器人能够自动寻找出一条从出发点到目标的路径。2.2.

7、3寻找出的路径应尽可能平滑。2.2.4寻找出的路径应尽可能短。2.3研究中存在的难点2.3.1环境的建模2.3.2算法的设计及仿真。2.3.3软件与硬件的结合。2.4路径规划总体设计课题采用两重遗传算法实现路径规划。第一重遗传算法主要实现存在静态障碍物时的路径规划；第二重循环主要实现存在动态障碍物时的路径规划，主要结构如图1所示。图1路径规划总体设计2.4遗传算法原理及特点2.4.1遗传算法的原理遗传算法是根据达尔文的进化论，模拟自然选择的一种智能算法，“适者生存”是它的核心机制。遗传算法是从代表问题可能潜在解集的

8、一个种群开始的。在随机产生初代种群之后，按照适者生存、优胜劣汰的原理，逐代进化产生出越来越好的近似种群。在每一代中，根据问题域中个体适应度大小来挑选个体，再将挑选出来的个体，用自然遗传学的遗传算子进行组合交叉和变异，产生出代表解的解集的种群。通过这些步骤，后生代种群比前代对于环境具有更好的适应性。末代种群中的最优个体经过解码可以作为问题近似最优解。遗传算法的