如何使用超聲波定位進行機器人的路徑規(guī)劃資料概述

　　隨著機器人技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，移動機器人漸漸走入人們的家庭生活。移動機器人在室內(nèi)環(huán)境的運動規(guī)劃成為其研究的一個重要方向。室內(nèi)環(huán)境包括家庭、敬老院、博物館、機場、倉庫、養(yǎng)殖場等，移動機器人想在室內(nèi)運動，需要定位系統(tǒng)提供自身位置信息、環(huán)境信息和路徑規(guī)劃。

　　本課題綜合多項技術(shù)，面向?qū)嶋H應(yīng)用在技術(shù)應(yīng)用方法上做出了一定的創(chuàng)新工作，改進了路徑規(guī)劃，完成了室內(nèi)定位系統(tǒng)的研發(fā)和室內(nèi)環(huán)境信息的建模。并通過仿真和實際機器人完成了實驗驗證。具體工作分為以下幾點：

　　設(shè)計和實現(xiàn)了超聲波定位系統(tǒng)的硬件部分和通信協(xié)議，選擇三邊測量法完成受控物體在運動空間的位姿計算。此處選受控對象為機器人，也可以是人、動物及需要定位和獲取相關(guān)信息的移動物體等。

　　提出建立未知環(huán)境地圖的方法。機器人在位黃已知的情況下，沿工作環(huán)境邊緣行走一個封閉的曲線，對環(huán)境的大小進行一個全面的感知，建立環(huán)境的輪廓，用柵格法表示。最后在未知環(huán)境柵格化的基礎(chǔ)上應(yīng)用深度優(yōu)先算法遍歷整個可行的工作空間，搜索出所有的可行路徑的同時也就知道了所有的障礙物，建立了室內(nèi)環(huán)境地圖。

　　改進經(jīng)典A木路徑搜索算法，實現(xiàn)了機器人了從起點到終點的全局最優(yōu)路徑規(guī)劃。該路徑搜索算法考慮了機器人在行走過程中的轉(zhuǎn)向問題，節(jié)省機器人行走時間，降低行走難度。

　　用實現(xiàn)的超聲波定位系統(tǒng)采集試驗數(shù)據(jù)，計算移動物體位置，驗證系統(tǒng)的可靠性。通過仿真驗證了本課題提出的未知環(huán)境的建模和改進的A木路徑規(guī)劃算法的正確性。最后通過MT—R機器人完成全局路徑規(guī)劃實驗。

　　近幾年，隨著機器人技術(shù)的大力發(fā)展，人們不再滿足于機器人簡單的娛樂功能，怎么能讓機器人進入家居環(huán)境，幫助人類減輕家務(wù)負擔(dān)成為目前機器人研究的重點方向。經(jīng)過科學(xué)家多年的研究，各國在室內(nèi)環(huán)境下的機器人應(yīng)用有了很大的發(fā)展。

　　為了完成家居環(huán)境、賓館和一些公共場合的定期清掃工作，美國iRobot公司推出室內(nèi)清潔機器人；為了使機器人可以安全行走在家居環(huán)境中實現(xiàn)兒童監(jiān)護功能，2005年日本推出PaPeR02005機器；為了在家居中類人機器人能夠從事簡單清潔工作和家務(wù)，2008年加拿大推出完美機器人妻子Aiko；為了在無入時監(jiān)控家居環(huán)境，韓國研制出irobi機器人。

　　對于室內(nèi)環(huán)境下的機器人應(yīng)用研究，我國研究起步較晚，但是也取了一些成果。為了護理高位截癱病人，1995年清華大學(xué)開發(fā)了移動護理機器人，此機器人可以完成定位，路徑搜索功能；此外將移動機器人應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境的還有哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的清掃機器人，迎賓機器人等。

　　機器人在家居環(huán)境應(yīng)用，就必須知道機器人在室內(nèi)的位置和室內(nèi)環(huán)境信息，在此基礎(chǔ)上完成路徑的規(guī)劃。從上面可以看出，這些位置信息的確定，多是利用機器人本體進行計算，這需要機器人本身帶有繁瑣的測量儀器，計算量大，獲取困難、而且定位精確度低。 而且對于同～個室內(nèi)環(huán)境，每個機器人都必有自己的定位系統(tǒng)，這必然增加了機器人的成本，限制了機器人在室內(nèi)環(huán)境的廣泛應(yīng)用。

　　本課題從于節(jié)省成本，擴大機器人在室內(nèi)環(huán)境應(yīng)用的可行性方面出發(fā)，提出了一個將機器人位置信息獲取、室內(nèi)環(huán)境地圖建立和路徑規(guī)劃相融合的整體方案來實現(xiàn)機器人在室內(nèi)環(huán)境的應(yīng)用。

　　本課題中利用價格低廉的超聲波傳感器構(gòu)建室內(nèi)超聲波網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)來獲取機器人位置信息；在確定機器人位置基礎(chǔ)上提出基于柵格的DFS（深度優(yōu)先搜索）室內(nèi)環(huán)境地圖建立，為機器人提供更詳細的室內(nèi)環(huán)境信息；在機器人獲得自身位置信息和環(huán)境信息之后，利用改進的A木算法實現(xiàn)機器人的室內(nèi)路徑規(guī)劃。

　　隨著我國老齡化的到來，研究機器人室內(nèi)環(huán)境的應(yīng)用具有實際意義。本課題構(gòu)建的機器人任室內(nèi)環(huán)境的應(yīng)用系統(tǒng)，具有簡單易于實現(xiàn)，成本低，獨訌性好的特點。不論機器人是否帶有自動定位系統(tǒng)，本課題都適用，推進了移動機器人在室內(nèi)環(huán)境應(yīng)用的可行性。