煤矿作业环境下履带式机器人的高效路径规划与优化策略研究.docxVIP

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2025-06-21 发布于广东
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煤矿作业环境下履带式机器人的高效路径规划与优化策略研究.docx

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煤矿作业环境下履带式机器人的高效路径规划与优化策略研究

一、内容概括．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

（一）研究背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

（二）研究意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

（三）研究内容与方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

二、履带式机器人概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

（一）履带式机器人的定义与特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

（二）履带式机器人在煤矿行业的应用现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

（三）履带式机器人的发展趋势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

三、煤矿作业环境分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

（一）煤矿地理环境特征．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

（二）煤矿作业环境的特点与挑战．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

（三）影响履带式机器人作业效率的因素．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

四、履带式机器人的路径规划．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

（一）路径规划的基本原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

（二）基于地图的路径规划方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19

（三）基于环境的路径规划策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

（四）实时动态路径规划的挑战与对策．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

五、履带式机器人的路径优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

（一）路径优化的目标与原则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

（二）基于遗传算法的路径优化方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29

（三）基于蚁群算法的路径优化策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30

（四）基于模拟退火的路径优化技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

六、实验与仿真研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32

（一）实验环境搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33

（二）实验方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

（三）实验结果与分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38

（四）仿真结果与对比分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39

七、结论与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40

（一）研究成果总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41

（二）存在的问题与不足．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42

（三）未来研究方向与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43

一、内容概括

本研究聚焦于煤矿作业环境下的履带式机器人，旨在探索并构建一套高效、可靠的路径规划与优化策略，以显著提升机器人在复杂、危险矿区的作业效率与安全性。煤矿作业环境具有地形多变、地质条件复杂、空间受限以及潜在风险高等显著特点，这对机器人的移动能力提出了严峻挑战。因此研究的目标是开发出能够适应此类环境的智能化路径规划算法，并对其进行优化，使履带式机器人在执行运输、勘探、巡检等任务时，能够自主规划出最优路径，避开障碍物，克服地形障碍，并在保证安全的前提下，实现移动过程的最高效化。

研究内容主要涵盖了以下几个方面：首先，深入分析了煤矿作业环境的特性，包括地质构造、障碍物分布、坡度、粉尘、湿度等因素对机器人移动的影响，并建立了相应的环境模型。其次针对履带式机器人的运动学特性，研究了多种路径规划算法，如A算法、DLite算法、RRT算法及其改进算法等，并探讨了这些算法在煤矿环境下的适用性与局限性。在此基础上，重点研究了路径优化策略，旨在进一步缩短路径长度、减少能耗、提高通行速度，并增强路径的鲁