基于预测控制的移动机器人路径规划仿真系统设计.pdfVIP

维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第 32卷 第4期 2008年 8月 JOURNAL OF DAQING PETR0LEUM INSTITUTE Vo1．32 No．4 Aug． 2008 基于预测控制的移动机器人 路径规划仿真系统设计 赵 越 ，玄 哲。，张海龙。，刘远红。，张会珍。 (1．大庆石油学院 工会 ，黑龙江 大庆 163318； 2．中油石化 分公司 电子商务部 ，吉林 吉林 l32022； 3．大庆石油 学院 电气信息工程学院，黑龙江 大庆 l63318) 摘 要：对于移动机器人 的路径规划，较成熟 的路径寻优算法 为A*算法 ，但是有些 时候该算法 找到的路径 是次优 的．在该算法基础上，结合预测控制原理，采用面向对象的可视化编程技术，设计一个移动机器人路径规划的仿真系统． 并进行路径有哪些信誉好的足球投注网站算法的验证 ．结果表明．该仿真系统能够较真实地反映移动机器人路径规划的过程． 关 键 词 ：预测控制；移动机器人；路径规划；仿真系统 中图分类号：TP242．6 文献标识码 ：A 文章编号：1000一l89l(2008)04—0122—03 移动机器人的路径规划已经成为研究热点，在运动学、动力学、控制原理等理论方面作了大量的理论 研究 ，也构造出一些移动机器人实体 ，用作实验及其他方面的应用．如果对 于每个验证都采用构造实 体、实物演示的办法，将增加各种成本．针对一般的三轮移动机器人 的路径规划，建立一个仿真系统．该 系统可动态地产生随机的地图环境，结合预测控制滚动优化原理 ，提出基于预测控制的A*算法． 1 环境模型 采用基于多边形法的原始配置空间模型，与其他模型相 比，该模型精度高且有成熟 的几何理论做基 础 ，有严格的可靠性保证．由于障碍物具有形状复杂性和分布无规律性，在原始配置空间中进行路径规划 时，需要同时考虑障碍物的大小、形状以及两 ／多个障碍物之间的最小距离 ，并将距离与机器人的线径进行 比较，以做下一步决策，计算负荷较大．文献[4]给出虚拟配置空间模型，求解时不必知道各对虚拟障碍物 之间的距离 ，只需知道各虚拟障碍物之间是否相交即可．虚拟障碍物只需计算一次，无需动态计算．这样 可以减少计算量，机器人可以当作质点来处理 ，更为方便． 利用虚拟配置空间的概念 ，将每个障碍物看作一个多边形 ，计算多边形的虚拟形式．由所有障碍物的 虚拟形式、空 白区域 、移动机器人和 目标物共同组成虚拟配置空间，移动机器人的路径规划是在虚拟空间 中进行的． 文献[4]中采用三角形机器人生成虚拟多边形 ，见图 1．由图 1可以看出，在绕行过程中，机器人 的左 顶点与多边形始终保持刚好接触的状态 ，绕行轨迹 围成的图形就是虚拟多边形．三角形机器人形成的虚 拟多边形的形状与动点的选择、机器人的形状和绕行方 向都是相关的．因此 ，采用圆形机器人减小这种相 关程度 ，其绕行过程见图2． 虚拟配置空间由不同类型的虚拟多边形、空白区域、圆形移动机器人和 目标物组成 ，见 图3．其中圆形 收稿 日期 ：2008—03—06；审稿人：高 胜 ；编辑 ：任志平 基金项 目：黑龙江省教育厅资助项 目；黑龙江省青年骨干教师资助项 目(1152G001) 作者简介：赵 越 (1960一)，男，工程师 ，主要从事 自动化技术 、自适应控制方面的研究． ①王奇志，王洪志．关于机器人路径规划三种典型方法的比较与讨论 [C]∥中国自动化学会智能自动化专业委员会 ：2005年 中国智能 自动化会议论文集． · 1 · 维普资讯 第 4期 赵 越等 ：基于预测控制的移动机器人路径规划仿真系统设计 表示移动机器人 ，五角星表示 目标物 ，黑 色的多边形表示障碍物，其外围浅灰色的 多边形表示虚拟多边形． 2 路径有哪些信誉好的足球投注网站算法 从虚拟配置空间中抽象一个 图，该 图 由虚拟多边形 的所有顶点 以及边构成． 图 1 三角形机器人绕行过程 图2 圆形机器人绕行过程 该 图的各个边的权值