智能轮椅机器人的安全避障研究

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移动机器人的避障研究是机器人路径规划领域的核心内容之一,它的任务是在有障碍物的环境中,已知在确定的起点和终点位置寻找一条最低代价的无碰安全路径。目前,静态环境中的路径规划已经取得大量实际的应用成果,但对存在动态障碍物环境下的路径规划尚未形成统一完善的系统,而为残障人士提供代步功能的智能轮椅机器人的动态路径规划研究更是很少。本研究基于医院、疗养院等室内环境,对智能轮椅机器人的避障展开理论和试验研究。研究并确定了静态障碍、动态障碍环境下具有实时性和有效性的路径规划方案,保证了智能轮椅在有障碍的环境下实现安全避障,保障了用户的安全。论文的主要研究工作包括:针对动态避障障碍问题,研究了动态障碍环境下的搜索流程和局部避障策略,确定全局路径规划和在线重规划结合的路径搜索方案。并分别确定了障碍物在不同环境下的避障策略。针对传统A*算法搜索时间长的不足,对A*算法中的启发式函数进行改进,并对整个估价函数进行了加权处理。基于栅格法建立了以某医院地图为例的仿真环境,分析实现了智能轮椅的两种全局路径规划算法遗传算法和A*算法,在仿真平台上对两种算法进行对比,验证了在环境条件相同的情况下A*算法搜索出的路径更短。仿真结果验证了在环境条件相同的条件下,改进后的A*算法搜索不但能够搜索出安全无障碍的最优路径,而且搜索的时间较传统A*算法短。以某医院环境地图为例,在仿真环境下验证了改进的A*算法能够使有效实现智能轮椅静态障碍的安全避障。通过仿真实验验证了所研究的算法和策略在动态障碍环境下的有效性。本文研究了智能轮椅安全避障的路径规划问题,提出了存在动态障碍物环境下的避障策略和路径规划方法,这些工作无论对于智能轮椅路径规划内容还是在实际的应用中都具有十分重要的意义。
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