改进势场栅格法：移动机器人路径规划与运动控制的关键策略

移动机器人坐标系是研究移动机器人运动控制和路径规划的关键基础，尤其是在双轮差动驱动系统中。坐标系通常由工作环境的全局坐标系（XOY）和移动机器人自身的参考坐标系组成，参考坐标系的原点O'位于机器人几何中心，x'轴沿机器人前进方向。通过测量和控制左右轮的角速度（1ω和2ω），以及驱动轮半径r，可以实现移动机器人的直线行驶和定半径转弯。 第4章深入探讨了移动机器人路径跟踪控制，首先强调了在未知环境中移动机器人面临的主要挑战，包括环境建模、定位、路径规划和运动控制。运动控制被认为是核心问题，因为它决定了机器人如何执行任务。在闭环控制中，预先规划的路径会被转化为左右轮角速度，然后转化为实际的轮速控制。 机器人运动学部分介绍了如何建立坐标系，如图4.1所示，机器人在全局坐标系下的位姿由位置(x, y)和姿态(θ)表示。速度瞬心P的计算涉及线速度V和角速度ω，以及驱动轮的特性。路径规划作为关键技术，是研究的重点，本文作者关注的是人工势场法的改进，即提出的改进势场栅格法。这种方法结合了栅格法和人工势场，通过启发式搜索算法生成到达目标的子目标节点序列，通过模拟水流特性避免局部最小点问题，确保机器人能安全到达目标。 路径规划部分介绍了不同的方法，如人工势场法、最小风险法等，以及它们的特点和当前的研究进展。作者还提出的新方法通过提高局部势能值，使机器人能够克服局部障碍，形成无碰撞路径。在路径跟踪控制方面，论文介绍了滑模变结构控制的应用，这在MATLAB环境中通过实验仿真验证了控制的有效性。 整个研究工作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”支持下进行的，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。这项研究不仅关注理论，也重视实证验证，旨在推动移动机器人在危险环境或难以到达地区的应用能力。