改进的势场栅格法在移动机器人路径规划中的应用

"这篇资源是河北工业大学路海峰的硕士学位论文，主题聚焦于移动机器人路径规划与运动控制。论文详细探讨了移动机器人的关键技术和路径规划方法，包括人工势场法和栅格法，并提出了一种改进的势场栅格法来解决局部最小点的问题。此外，还涉及到滑模变结构控制在路径跟踪控制中的应用。该研究是在河北省科技厅科技支撑计划项目‘复杂环境下自适应机器人系统研究’的基础上进行的。" 在移动机器人路径规划领域，复合势能图是一种重要的工具，用于描述机器人在环境中的移动路径。图3.4展示了引力场势能图，而图3.5则综合了引力场和斥力场的势能，形成复合势能图。这种融合考虑了两个势能图的数量级差异，并通过系数影响因子来平衡。在路径规划中，通常使用栅格地图来简化复杂环境，每个栅格节点有8个可能的方向选择，存储了该点在整体工作环境中的势场值。 路径规划的过程，即3-2-10路径规划，涉及机器人从当前位置出发，搜索相邻8个栅格节点，依据启发式函数寻找势场值最小的点。启发式函数帮助机器人决策最优路径，通常选择使总势场值最小的节点，以达到目标位置。这种策略可以有效避免局部最小点，确保找到全局最优解。 论文中，作者针对人工势场法存在的局部最小点问题，提出了一种改进的势场栅格法。该方法结合了栅格法的结构化优势和人工势场法的直观性，通过设置虚拟的水源（对应机器人的初始位置），利用水流向低势能区域的特性引导机器人向目标移动。当人工水到达目标单元时，所经过的路径即为无碰撞路径。这种方法还在多种复杂环境中进行了仿真验证，比如U型、迷宫型和随机环境，表现出良好的性能。 此外，论文还讨论了移动机器人的运动控制问题，建立了运动学方程，并运用滑模变结构控制理论进行路径跟踪控制。滑模变结构控制是一种强大的非线性控制策略，能够确保系统在面临不确定性或扰动时仍能保持稳定跟踪。通过MATLAB仿真，作者在几种典型路径上展示了这种方法的有效性。 整个研究工作是在河北省科技厅的项目背景下进行的，该项目关注复杂环境下的自适应机器人系统。关键词包括移动机器人、势场法、栅格法、路径规划、跟踪控制和滑模变结构控制。这项研究为移动机器人的自主导航和控制提供了新的解决方案。