基于概率的移动机器人速度运动模型研究.pdfVIP

第 8卷 第 22期 2008年 11月 科 学 技 术 与 工 程 V0l_8 No．22 NOV． 20o8 1671—1819(2008)22—6020—05 ScienceTechnologyandEngineering ⑥ 2008 Sei．Tech．Engng． 计算机技术 基于概率的移动机器人速度运动模型研究 王华明 李 众 (江苏科技大学电子信息学院，镇江212003) 摘 要 对移动机器人速度运动模型进行了全面的分析，首先，在理想的情况下推导出移动机器人速度运动模型。然后，通 过在理想情况下添加噪声的方法，构造出机器人在真实情况下的速度运动模型。最后，通过调整附加噪声的均值，实现了对 机器人两轮直径不相等时的速度运动模型。使用采样算法从速度运动模型中采样，得到机器人可能的位姿空间。仿真结果 表明，采样算法得到的结果可以有效的描述机器人的可能位姿。 关键词 移动机器人 速度运动模型 状态转移模型 采样算法 中图法分类号 TP242．6； 文献标志码 A 自20世纪80年代以来，移动机器人一直是机 型中，将控制量 u分为平动量和转动量，在里程计 器人领域的一个研究热点和重要分支 。对移动 移动控制模型中，将控制量 “分为一个移动距离和 机器人的研究分布在不同的领域，其 中最重要的是 两个转动角度。本文将给出速度运动模型的算法 移动机器人导航问题l3J，但是导航 问题建立在运动 和数学推理过程 ，并对该模型进行仿真。 控制的基础之上。因此，机器人运动模型的建立是 一 个关键问题 。机器人在移动的过程 中，受滑动、 1 速度运动模型 传感器噪声、传感器精度等因素的影响，机器人的 状态是不确定的 。因此，建模时广泛的采用概率 速度运动模型是机器人在控制量 u的作用下， 方法。 从状态 ：(，Y，0)转移至状态 ：( ，Y，0)， 本文中考虑的机器人运动在平面坐标系下，可 因此也被称为状态转移模型，该模型可用条件密度 以用三个参数来标定机器人，它们分别是横坐标 ， 函数表示为： 纵坐标Y和机器人的朝向与 轴正方向的角度关系 P( 1u，f_1) (1) 0，他们被称为机器人的位姿 。机器人控制模型是在 速度运动模型将控制量分为平移速度 和转 已知前一时刻的位姿 和该时刻控制量 u时，计 动速度 ，那么在 t时刻的控制量 “可描述为： 算出该时刻的随机位姿 。 (2) 现有的机器人常用两种控制方式：速度运动模 型和里程计运动模型l5J。这两种控制模型是根据 (2)式中， 向前平移为正值， 沿逆时针方向 控制量 ，的不同获得方式得到的。在速度运动模 转动时为正值。下面分别对理想情况、真实情况和 机器人两轮直径大小不相等三种情况进行分析，通 2008年8月4日收到 过对理想情况下数学模型的改造 ，逐步建立起另外 第一作者简介：王华明(1982一)，男，研究生，研究方向：机器人构 两种情况的数学模型。 图。E—mail：whmlO@163．corn。 1．1 理想情况下 通信作者简介：李 众(1964一)，男 ，教授，研究方向：云模型。 在理想情况下，机器人不受任何噪声干扰，可 22期 王华明，等：基于概率的移动机器人速度运动模型研究