移动机器人系统：局部路径规划与传感器应用

"这篇资料主要介绍了移动机器人系统中的局部路径规划方法，特别是在Android App开发中构建简单答题器的背景知识。局部路径规划是移动机器人在动态环境中避开障碍物找到目标的有效手段，通常采用人工势场法来实现。此外，资料还提到了不同类型的移动机构、传感器以及机器人应用实例。" 在移动机器人系统中，局部路径规划是解决机器人如何在复杂环境中自主导航的关键技术。这里介绍的人工势场法是一种常用的方法，它将环境抽象为引力和斥力场的结合。引力势场函数代表了机器人对目标的趋向性，而斥力势场函数则反映了机器人与障碍物之间的避障需求。 引力势场函数通常定义为 \( U_{att}(x) = -k_{att} \cdot ||x-x_k||^2 \)，其中 \( x \) 是机器人的当前位置，\( x_k \) 是目标位置，\( k_{att} \) 是引力系数。引力的负梯度 \( F_{att} \) 指示了机器人应该移动的方向，即朝着目标前进。 斥力势场函数 \( U_{rep}(x) \) 是针对每个障碍物 \( obs \) 设计的，当机器人与障碍物的距离 \( r \) 小于某个阈值时，斥力起作用。斥力函数可以根据距离 \( r \) 的不同情况采用不同的形式，例如在接近障碍物时强烈排斥，远离时逐渐减弱。斥力的梯度 \( F_{rep} \) 则指示机器人应如何避免碰撞。 局部路径规划是通过计算引力和斥力的矢量和 \( F_{att} + F_{rep} \) 来确定机器人的实际运动方向。这样，机器人既能保持对目标的趋向，又能有效地避开障碍物。 移动机构的设计多种多样，包括三轮、四轮、六轮、全向轮、履带式、仿生结构和轮腿式结构等，每种设计都有其特定的应用场景和优势。例如，三轮结构简单且易于控制，全向轮可以实现任意方向的移动，而履带式结构则适合于粗糙或不平的地形。 传感器在移动机器人中扮演着至关重要的角色。内部传感器如光电编码器、加速度计、GPS、陀螺仪和电子罗盘用于获取机器人的状态和位置信息。外部传感器如图像传感器、超声波传感器、红外传感器、激光传感器和声音传感器则用于感知环境和障碍物，帮助机器人进行导航和避障。 移动机器人的应用广泛，涵盖了从家用清洁机器人、智能轮椅到保安机器人和月球车等多种类型。这些机器人通常结合导航控制技术，如人工势场法，实现自主导航和任务执行。例如，月球车机器人可能需要具备跨越障碍的能力，而清洁机器人则需要精准地在室内环境中移动并识别清洁区域。