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1、本科毕业设计（论文） 毕业设计（论文） 基于人工势场法的移动机器人 路径规划 学生姓名： 学 号： 专业班级：自动化 指导教师： 本科毕业设计（论文） 摘要 路径规划是移动机器人研究的一个基本而又极其重要的课题。灵活有效 的路划算法能够帮助机器人适应各种复杂的环境。本文针对移动机器人在 已知环境下的路径规划作了下列工作: 回顾了现有算法，如几何法，栅格法，人工势场法。对人工势场法作了 深入的探讨。本文详细的探讨了这一问题，并且通过仿真来说明方法的有 效性。在己知环境下通过仿真检验说明人工势场法的优点:避障算法简单， 实时性好，但是当障碍物距目标点很近时，人工势场法在使机器人到达目 标点上却有着
2、一些固有的缺点和局限性。 提出了改进的势场法，改进的势场法可以克服势场法的上述缺点，并通 过仿真实验说明了改进方法的有效性。 关键字：移动机器人 路径规划 人工势场法本科毕业设计（论文） Abstract Path planning is a fundamental issue in the mobile robot research. Flexible and effective path planning algorithm is helpful for the robot to adapt to a complex environment. Considering the path pl
3、anning of a mobile robot in an known environment, this paper does the following work. 1) The existing algorithms are reviewed, such as Geometry Vertex, Grid, Artificial Potential Field and etc. . The artificial potential field is studied. The paper discusses this method in detail. Simulation is done
4、 to illustrate the effect of strategy. For a known environment, some simulation is done to show the pros of artificial potential field. The algorithm is simple, real-time. But there are some inherent flaws and limitations in object reaching when an obstacle is closed to the object. An improved poten
5、tial field is proposed to overcome shortcomings mentioned above. Simulation is done to show the effectiveness of the proposed method. Keyword：mobile robot , path planning, artificial potential field本科毕业设计（论文） 目 录 第 1章 前 言 1 11机器人概 述1 12移动机器人概 述1 13路径规划的概念和意 义2 第 2章 人工势场 法6 21场强的基本模 型6 22人工势场模 型7 23移
6、动机器人的受力分 析8 24基于人工势场的移动机器人路径规划步 骤10 25仿真实 验 10 2.5.1不同障碍物密度下的规划结 果10本科毕业设计（论文） 2.5.2不同k,对规划结果的影 响14 26本章小 节 17 第 3章 基于改进的人工势场的移动机器人路径规 划18 31引 言 18 32 势场模型存在的缺 陷19 33势场模型的改 进21 34不可到达问题的解 决23 35动态环境下的路径规 划26 36本章小 节2 6 第4章 总 结 27 致 谢 28 参考文本科毕业设计（论文） 献 29 附 录 30本科毕业设计（论文） 1 第 1章 前 言 机器人目前己大量应用在生产制造，
7、服务，勘探开发和运输方面。但 人们要求未来的机器人要具备高度的自动化和智能化以便在无人或尽可能 少的人为干预下能自主的完成不同类型的任务。而其中的一个重要环节就 是要实现机器人能够自主确定安全和便捷的行动路线，这就是机器人路径 规划问题。 1.1机器人概述 从第一代机器人，也就是 1948年诞生于美国阿贡实验室的遥控机械手 发展到今天，机器人技术已经经历了三个主要阶段: 第一代机器人是具有记忆，存储能力的示教再现机器人，不考虑反馈 因素。它们装有记忆存储器，由人将作业的各种操作要求示范给机器人， 使之记住操作的程序和要领，当它接到再现命令时，则自主地模仿示教动 作行事。示教内容为机器人操作机构
8、的空间轨迹，作业条件，作业顺序等。 示教方法或是操作员“手把手”的直接做，或是和计算机编程相结合。 第二代机器人是适应性程序控制机器人，也叫有感觉的机器人。它们 是具有某些感觉装置，能获取作业环境，操作对象的简单信息，通过计算 机处理，分析，机器人做出一定的推理，对动作进行反馈控制，表现出低 级的智能行为，比第一代机器人更灵活，更能适应环境变化的需要。 第三代机器人是智能机器人，具有第二代机器人的感知功能和简单的 自适应能力，它有灵活的思维能力和较强的自我适应能力，可以进行复杂 的规划，判断与决策，能在作业环境下独立工作。它是人工智能，计算机 技术与工业机器人三者相结合的产物，目前处于实验探索
9、阶段。 本文所要描述的移动机器人属于第三代机器人，它通过传感器获知周 围的环境信息，并且能够根据不同的环境进行复杂的判断和决策。 1.2移动机器人概述本科毕业设计（论文） 2 智能移动机器人是机器人研究领域的一个重要的分支，智能移动机器 人集成了人工智能，智能控制，信息处理，图像处理，检测和转换等专业 技术，跨计算机，自动控制，机械电子等多门学科。 1969年，斯坦福研究院的 Nilssen 设计了一个移动机器人，目的是为 了研究应用人工智能技术，在复杂环境下机器人系统的自主推理，规划和 控制。这是世界上第一个利用人工智能的方法设计的移动机器人。在上个 世纪其实年代，研究人员的重点放在固定机器人领域中，然而到了八十年 代中期，人们对移动机器人的研究呈爆炸式的发展。许多公司开始设计， 制作和销售移动机器人平台，这些平台被用于研究与教育目的。在很短的 时间里，自主移动机器人就引起了全世界的广泛注意，尤其是在美国和日 本。他们在该领域的研究发展很快，取得了处于世界领先的成果。 麻省理工学院人工智能实验室的科学家提出了包孕结构。包孕结构是 对传统的人工智能理论的重大突破。他认为移动机器人的控制问题应该按 照行为方式来分解，而不是按照功能组件来分解。用这种理论设计的移动 机器人能够在仅使用超声波传感器和红外线传感器的情况下就可以自由的 运动，不会碰上障碍物。 1.3 路
