导游机器人硬件系统设计与最优路径规划
自主式移动机器人是目前机器人领域的研究重点之一，因它有着广阔的科研空间和应用潜力。近年来国内外对自主式移动机器人硬件系统的研究方兴未艾。我们在山东省自然科学基金的资助下，完成了新型智能导游机器人的研制工作，本论文主要对导游机器人的底层硬件系统设计以及最优路径规划方法作一论述。
论文首先讨论了机器人技术的研究发展，及应用情况。介绍了机器人研究自始至今的三个发展阶段。陈述了国外研究成果和动向，并介绍了我国机器人研究进展情况和战略规划。
第1章首先简要陈述了机器人研究的背景知识，接着分析了导游机器人的特点，并由此确立了导游机器人系统的总体设想。即根据模块化设计理论，采用C/S结构体系的思想，服务器与客户端之间通过RS232通讯。底层控制系统以单片机AT89C52为核心。从而拟定了导游机器人研制的框架和思路。
第2章详细分析了导游机器人的导航系统。首先从独立双轮驱动的运动学模型出发，对运行速度和角速度之间的关系进行了探讨，指出其控制系统是一个复杂的非线性系统。接着详细介绍了基于光电反射式机器人导航系统的设计和实现。最后，重点论述了机器人运动过程中基于传感器信息的障碍物检测系统。其中详细阐述了红外检测和超声检测的原理和实现，并讨论了提高传感器检测精度的改进方法。
第3章则对机器人硬件系统的设计展开了论述。本章是本论文的主要工作，分析了导游机器人设计思想的可行性，并从硬件实现。主要从电源管理、传感器信息处理、模拟量采集、开关量输入等8个方面分别进行论述。实现结果表明，导游机器人系统的研究，在理论研究和成果性能上都达到了国内领先水平。
第4章论述了在完全未知环境下，机器人小车路径规划方法的仿真研究。首先简述了机器人路径规划问题，并介绍了增强式学习原理与人工势场优化算法，根据蚁群算法思想，提出一种基于增强势场优化的机器人路径规划方法，引入增强学习思想对人工势场进行自适应优化学习，得到优于人工势场法的规划结果。再把该规划结果作为先验知识，对蚁群算法进行初始化，提高了蚁群算法的优化效率。另一方面，机器人的路径得到优化，克服了传统人工势场法的局部极小问题。仿真实验结果表明，该方法在复杂环境中，对机器人的路径规划效果比较令人满意。最后，对全文工作进行了总结，指出了今后进一步的研究方向。．
移动机器人;硬件设计;导航系统;路径规划;增强势场优化法
中国海洋大学
硕士
信号与信息处理
魏志强
2006
中文
TP242
62
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）