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多移动机器人路径规划仿真平台研究


□ 张捍东 张永强

  摘要:多机器人路径规划仿真平台(multi-robot path planning simulation platform)是通用的多机器人路径规划及协调与合作系统。该系统能将机器人状态数据及时地以二维图形方式显示,并且能模拟现实工作环境,监测机器人动作,检测机器人与环境物体间的碰撞,通过一系列仿真技术,使得原来必须用实际机器人作为对象的研究活动在一定程度上转移到计算机中虚拟进行。比较详细地描述了仿真平台系统的设计原理、模型结构和运行方式,并讨论了构成系统的关键技术特点。
  关键词:路径规划; 仿真; 面向对象技术; 多机器人
  中图分类号:TP24文献标志码:A
  文章编号:1001-3695(2008)04-1020-03
  
  在机器人应用领域中,由于操作任务日益复杂化及不确定性的不断提高,对机器人系统的要求也越来越高。许多复杂的作业由单一机器人难以完成,需要多机器人相互协调与合作共同完成。这就导致了机器人的应用方式从部件式单元应用向系统式应用的方向发展[1]。为此,需要一个通用的多移动机器人路径规划仿真平台来辅助研究,验证算法的最优性、安全性、可达性。仿真平台应能够验证系统单一算法的实施效果,而且在同一种工作环境下可以比较几种不同设计算法的性能。目前通用的路径规划仿真系统很少,且大都停留在单机器人的路径规划仿真上,处理多机器人、多任务、动态环境的仿真系统较少,而且处理多机器人、多任务时做到并行处理以及较好的人机交互和动态调整是仿真平台设计的难点。
  本文讨论的多机器人路径规划仿真平台是一个基于C#语言及多线程技术开发的通用多机器人路径规划及协调与合作系统,为机器人仿真平台系统的设计提供了很好的参考。
  
  1路径规划问题概述
  
  移动机器人路径规划问题是指在有障碍物的工作环境中,寻找一条恰当的从给定起点到终点的运动路径,使移动机器人在运动过程中能安全无碰撞地绕过所有障碍物。可以按照已知和未知环境、静态和动态环境将问题进行分类。
  根据工作环境路径规划模型可分为两种:a)基于模型的全局路径规划,作业环境的全部信息已知,又称静态或离线路径规划;b)基于传感器的局部路径规划,作业环境信息全部未知或部分未知,又称动态或在线路径规划。在已知的静态环境中,一般采用一次性规划即可得到一条可行路径。对于未知或动态环境,由于先验环境信息的不完全或不同时刻下环境信息不同,只能依靠实时探测到的环境信息经过多次重规划来得到可行路径。一般是首先更新实时探测的环境信息;然后基于已知环境信息设定子目标点,规划一条局部的可行路径,按照规划出的局部可行路径进行移动[2~7]。
  
  2路径规划仿真平台模型结构 ......
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