基于細胞自動機的移動機器人導航方法研究.pdf

1、機器人導航技術是移動機器人研究領域中的一項關鍵技術，涉及到機器人的感知、規(guī)劃、執(zhí)行等諸多方面。隨著移動機器人應用范圍深度和廣度的延拓，對導航算法提出了更高的要求。如何降低算法的復雜度，提高實時性和克服局部極小點都是導航算法必須解決的問題。
　　 細胞自動機（Cellular Automata，CA）具有結構簡單，并行計算能力強的優(yōu)點，被廣泛應用于復雜系統(tǒng)研究。本文在建立環(huán)境細胞自動機模型的基礎上設計了移動機器人路徑規(guī)劃算法，該算

2、法不僅克服了局部極小點，而且具有很好的實時性，取得的主要研究成果包括：
　　 （1）建立了移動機器人工作環(huán)境的細胞自動機模型，并基于這種模型設計了移動機器人路徑規(guī)劃算法，該算法分為細胞自動機的演化和路徑的搜索兩個過程。提出了細胞自動機分別按照機器人移動的曼哈頓距離演化和按照機器人起始點與目標點的相對位置演化兩種規(guī)則，并分別給出了沿起點和終點兩個方向出發(fā)的演化過程。
　　 （2）針對移動機器人按照曼哈頓距離規(guī)則規(guī)劃出的路徑

3、移動時緊靠障礙物存在碰撞危險的問題，提出了基于細胞自動機模型路徑規(guī)劃算法的改進策略。改進后的算法增加了對障礙物的邊緣檢測并建立了障礙物增長后的細胞自動機模型。實驗結果表明，改進后的算法可以保證移動機器人在移動時遠離障礙物，避免碰撞。
　　 （3）開發(fā)了基于細胞自動機模型的移動機器人路徑規(guī)劃仿真軟件，實現(xiàn)了算法的可視化。在不同環(huán)境地圖下對算法進行了反復實驗，實驗結果表明，本文提出的算法可以使移動機器人很好的完成導航任務。作為比較，

4、在Pioneer3-DX平臺實現(xiàn)了基于人工勢場法的移動機器人導航，在Matlab平臺下開發(fā)了基于遺傳算法的可視仿真軟件，并分別同本文提出的算法進行了比較和分析，比較和分析結果表明，本文的算法克服了人工勢場法陷入局部極小點問題，運行時間優(yōu)于遺傳算法。
　　 （4）本文設計了基于啟發(fā)式規(guī)則細胞自動機模型的移動機器人路徑規(guī)劃算法。這種算法將細胞自動機模型與A*搜索算法相結合，以A*算法的啟發(fā)式函數(shù)作為細胞自動機的演化規(guī)則。仿真實驗結果