移动机器人多目标点路径规划研究

作     者：杨平 

作者单位：西华师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭代伦

授予年度：2021年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：路径规划 多目标点 遗传算法 TSP 移动机器人 

摘      要：机器人的诞生让人们的生活更加智能化。其中,具有自主移动功能的移动机器人更是当下非常热门的科技成果。路径规划是移动机器人执行各项任务的前提,它决定了移动机器人是否能够在作业区域内安全、高效地执行任务,对移动机器人的性能具有十分重要的影响。现有国内外文献对移动机器人的发展动态和路径规划均作了大量的研究,但对移动机器人从某个起点出发、经过多个目标点并避开障碍物、最终返回起点的情形研究还较少,本文选取这类情形,主要进行了以下研究:(1)分析移动机器人多目标点路径问题的求解目标,机器人在不与周边障碍物发生碰撞的前提下,依次经过多个目标点一次,要求寻找一条满足条件的最短路径。本文采用的研究思路是,先对平面内任意两个目标点进行路径规划,然后再计算依次经过各个目标点的顺序。(2)基于栅格法建模,对多目标点任意两点间路径规划问题进行研究。基于现有成果中的路径生成方式,在起始点和目标点的行(列)之间按行(列)搜索自由栅格生成路径。对于起始点和目标点之间不存在整行(列)被隔断的情况采用该方法生成路径。将两点间存在列(行)被连续障碍物栅格的情况,称为存在“封锁的情况,设计了一种解决方案,通过扩大路径搜索范围,插入中间节点分段计算进行解决。(3)选用遗传算法作为任意两点间路径规划的基本算法,并对其各个算子进行了针对性设计。构造相应的实验图,采用本文设计的算法流程,能够有效地求解多目标点路径规划中任意两个目标点间的路径规划问题。(4)在任意两点间路径问题得到完全解决的情况下,将多目标点全路径规划处理为一类TSP问题,建立相应的数学模型。通过任意两点间路径规划得到距离矩阵,对该问题中的全路径规划问题基于遗传算法求解,并对遗传算法进行了针对性的设计。构造了两个多目标点全路径规划场景进行实验,实验结果表明,本文给出的多目标点全路径规划算法能够有效规划出合理的路径。