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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文A b s t r a c tP a t hp l a n n i n gi st h ek e yt e c h n o l o g yo f M o b i l eR o b o ta n dt h eh o t s p o to f t h ec 宅r t a i nr e s e a r c hd o m a i n I nt h i sp a p e r , t h ew o r ki si n t e n d e dt oi m p r o v et h ei n t e l l i g e n c eo f t h em o b i l er o b o
2、 ta n dm a d et h eb e n e f l c i a lr e s u l t F i r s t , t h eb i r t ha n dd e v e l o p m e n to f t h en e t w o r kr o b o tw a sb r i e f l yr e v i e w e d T h ec o n c e p ta n dM g o r i t h m so f p a t hp l a n n i n gw a si n t r o d u c e d ，A n dt h e nm a d et h ek i n e m a t i c
3、 a lm o d e lo f t h ew h e e lt y p em o b i l er o b o t S e c o n d ，b a s i ct h e o r yo fg e n e t i ca l g o r i t h ma n dE x t e n s i o nW a Sc o n s u m m a t e d ，w h i c hi sf o l l o w e dw i t ht h ep u t t i n gf o r w a r dt h et h e o r yo fE x t e n s i o n g e n e t i ca l g o r
4、i t h m 。T h ec o m p a r i s o nb e t w e e nb a s i cg e n e t i ca l g o r i t h ma n dE x t e n s i o n g e n e t i ca l g o r i t h mt h r o u g he m u l a t i o np r o v e dt h a tt h eE x t e n s i o n g e n e t i ca l g o r i t h mh a st h em e r i t si ns p e e do fc o n v e r g e n c ea n
5、ds t a b l eo f p e r f o r m a n c e T h i r d , t h ee x p e r i m e n t a ls y s t e mf o re m u l a t i o no fp a t hp l a n n i n go fm o b i l er o b o tW a sc o n s t r u c t e d T h r e ee x a m p l e so f d i f f e r e n tc o m p l e x i t yw e r es e l e c t e df o rt e s t sw h i c ha d o
6、 p t e dt h ea l g o r i t h m st h ep a p e rp u tu p T h r o u g ht h et e s t ，i tw a sp r o v e dt h a tt h ea l g o r i t h mc o u l da d a p tt h ed i f f e r e n ts i t u a t i o n sa n de n v i r o n m e n t s C o m b i n e dw i t hs k e t c hm a pa n dd a t as h e e to f e m u l a t i o nr
7、e s u l t s ，i tw a sc o n c l u d e dt h a tt h ee x p e r i e n c eo ft h ep e r f o r ml a wo ft h ea l g o r i t h mw h i c hi sf a v o r a b l et os p r e a da n da p p l yo f t h eE x t e n s i o n - g e n e t i ca l g o r i t h m F i n a l l y , i tW a sr e a l i z e dt h a tt h er e m o t ec
8、 o n t r o lp a r tu s et h en e t w o r kc a m e r ai nt a k i n gt h ep i c t u r e so ft a r g e t sa n ds u r r o u n d i n g s ，t h eo p e r a t o rr e c e i v e st h ef e e d b a c ka n dp l a n st h er o u t eb yt h ea l g o r i t h ma n dc o n t r o l st h er o b o tS Ot h a tt h er o b o tt
9、 r a c k st h et a r g e ti nc o m p l e xe n v i r o n m e n t sc o u l db ea c h i e v e d K e y w o r d s ：M o b i l er o b o t ；P a t hp l a n n i n g ；E x t e n s i o n - g e n e t i ca l g o r i t h m ；R e m o t ec o n t r o I哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引
10、用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者( 签字) ：盥日期：跏口 年弓月7 日哈尔滨工程大学硕十学位论文1 1 引言第1 章绪论机器人( R o b 0 0 技术是6 0 年代中期蓬勃兴起的一项综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域【1 。2 1 。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人技术的出现和发展
11、，不但使传统的工业生产面貌发生根本改观，而且对人类的社会生活产生了深远影响。1 2 基于网络的机器人研究概况网络远程机器人的研究起源于对机器人资源的充分利用。共享各种信息资源是互联网网络技术的发展动力。随着计算机技术，通信技术的发展以及人们对各种信息资源的共享需求，计算机网络通信技术开始得到极大的发展。基于网络的机器人控制就是利用网络实现远程的机器人控制【5 】。基于W e b 的远程控制机器人是指将机器人与I n t e m e t 连接，使得人们可以在任何地方通过浏览器访问机器人，实现对机器人的远程监视和控制。它以I n t e m e t 为构架，不仅降低了遥操作系统的成本，也使机器人为
12、I n t e m e t上越来越多的人们所熟悉和共享。基于网络的远程控制机器人拓展了机器人远程控制的概念，它不仅可出现在过去应用遥操作的危险领域，还开辟了诸如远程制造、医疗诊断、教育培训和娱乐等新领域1 6 J 。1 。2 1 国外研究概况随着网络远程控制的应用越来越广泛，掀起了网络机器人远程控制研究的热潮f 7 8 】。基于网络的机器人的思想由K e nG o l d b e r g 于1 9 9 4 年首先提出的例。1 9 9 4 年9 月，美国加州大学伯克利分校的K e n G o l d b e r g 博士将A S E AI R b 6 型机器人通过W e b 服务器连接到I n
13、t e m e t 网络上。从那以后，具有哈尔滨工程大学硕士学位论文W e b 访问功能的计算机用户都能够自接在计算机上操纵远程机器人。在这之前，K e nG o l d b e r g 博士己经把S C A R A 型机器人连接到I n t e m e t 上，这是首批将机器人连接到W e b 上的物理装置 1 0 - 1 1 1 。1 9 9 5 年，G e o r g eB e k e y 和S t e v eG o l d b e r g 使用六自由度机器人、回转平台与立体摄像机，开发了“饮水的主妇”，从而使世界各地的学者可以通过浏览器观察与欣赏博物馆中的艺术珍品。1 9 9 8 年6
14、 月，P u m aP a i n t 联入I n t e m e t ，任何连入网络的计算机用户都可以通过网络控制一台P U M A 7 6 0 机器人在画架上作画。华盛顿大学的T a m等人用游戏手柄通过I n t e m e t 控制1 0 0 0 k m 以外的P u M A 7 6 0 机器人进行移动与障碍回避【lz ，。最近，澳大利亚W o l l o n g o n g 大学的A t k i n s o n 博士和C i u f o 博士，把可控制关节的机器人连接到w e b 网络上，该机器人系统通过服务器支持技术，提供运动机器人的活动图像，控制信息流在通信线路中畅通时，由于能够
15、获得整个运动场景视图，这种方法非常有效。在系统通信连接较慢时，效果较差，因为要花很长的时间才能下载一帧图像【l3 1 。这种系统也耗费大量的通信带宽，从而造成向机器人发送指令时速度变慢。因此，服务器支持技术存在的问题是：对各种不同速度的通信网络连接很难调节一致。世界其他国家的科研机构也在对网络远程机器人控制领域进行探索和研究，其中有麻省理工学院林肯实验室、华盛顿大学、斯坦福大学、卡内基梅隆大学机器人研究所等1 1 4 。5 1 。研究的远程控制体系结构可归为三种控制方式：预测显示或预测控制，远端编程，双边控制【l6 J 。1 2 2 国内研究概况目前，国内在基于网络的机器人控制技术领域的研究还
16、处于起步阶段，哈尔滨工业大学、上海交通大学、清华大学、中科院沈阳自动化所、北京航空航天大学、华南理工大学等单位在这方面开展了不少工作。哈尔滨工业大学研究的基于I n t e m e t 的遥操作机器人系统T e l e r o b o t ，采用I n t e m e t J 瞪务器和机器人服务器构成两层服务器结构，该系统可以使得用户通过W e b 浏览器对一台P U M A 5 6 2 机器人进行控制，完成抓取、搬运、堆放等操作。其W e b 服务器采用J a v a i 吾言编写的通用网关接V I C G I ，W e b 服务器与2哈尔滨工程大学硕士学位论文机器人服务器之间采用W i n s o c k 通信。该系统没有提供动态的实时图像，而是以静态的图片反馈给客户端【1 7 】。上海交通大学也开发了基于网络的机器人遥操作系统【。8 1 ，被控机器人是一台A d e p t 6 0 4 S 型工业机械手。机器人服务器、图像服务器和C G I 程序都用V B 开发，它们之间的通信通过D D E ( 动态数据交T r ) 进行
