移动机器人路径规划蚁群算法的研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：理学硕士学位论文移动机器人路径规划的蚁群算法研究硕士研究生：程海源指导教师：冯国峰副教授学科、专业：系统理论论文主审人：邓廷权教授哈尔滨工程大学2013年3月分类号：密级：UDC：编号：理学硕士学位论文移动机器人路径规划的蚁群算法研究硕士研究生：程海源指导教师：冯国峰副教授学位级别：理学硕士学科、专业：系统理论所在单位：理学院论文提交日期：2013年1月论文答辩日期：2013年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissert

2、ationfortheMasterDegreeinScienceTheResearchonAntColonyAlgorithmofMobileRobotPathPlanningCandidate:ChengHaiyuanSupervisor:AssociateProf.FengGuofengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofMathematicsSpecialty:SystemTheoryDateofSubmission:Jan.2013DateofOralExa

3、mination:Mar.2013University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工

4、程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位1

5、2个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要目前，随着计算机技术的快速发展，作为高科技技术的智能机器人技术也随之着快速发展，人们在各个不同的领域对移动机器人提出了更高的要求，比如：机器人在外界环境中的导航能力，对于动态变化的障碍物的躲避能力，在在寻找最优路径的能力等方面。所谓路径规划指的是机器人在给定的初始任务中，根据某些性能指标（如到达终点的最短距离、消耗的时间最短、行驶中机器人消耗的能量最少等）自

6、主地搜索出一条从起始点到终点无碰撞的最优或次优路径。蚁群算法来源于蚂蚁在寻找食物过程中，通过群体的行为发现最短路径的一种算法，它主要是在图中寻找优化路径的机率型算法。本文主要使用蚁群算法和插值算法相结合的方法来解决在二维平面环境和三维空间环境下，移动机器人的路径规划问题。移动机器人的路径规划是通过机器人自身携带的传感器对外界环境进行信息搜索，并把所获得信息进行有效的分析，自主地搜索出符合机器人的运动路径和其他运动性能要求的行为，所以路径规划问题一直是机器人研究的重点和难点。论文主要是从以下两个方

7、面来考虑路径规划问题。第一：在二维未知环境上，通过机器人自带的传感器来对未知环境进行有效的信息搜索，对抽取信息的障碍物进行“膨化”处理，结合MAKLINK图论知识和Dijkstra算法在环境中寻找出一条路径，然后对这条路径使用蚁群算法进行优化，对优化后的路径中带有转折点的部分路径进行二次抛物线插值，并在MATLAB软件上进行计算机仿真，最后得到最优的、光滑的路径。第二：通过给定的三维空间环境，我们通过使用蚁群算法来作为水下机器人三维路径规划的优化算法，对于规划后的图形，我们再对其进行三维的三次样

8、条插值，这样也得到一条三维的、光滑的、最优的路径。通过对两种环境所设计的不同算法进行仿真结果表明：对于所使用的蚁群算法在路径规划的研究中，充分地利用了“蚂蚁”的收敛速度快、寻找全局最优能力强等优点，分别解决了从已知环境到未知环境、从二维平面区域到三维空间区域的机器人路径规划问题。算法不仅能够灵活地应用到各种环境中，而且还具有良好的搜索性能，能够适应机器人路径规划的要求，对机器人的安全航行具有非常重要的理论意义。关键词：移动机器人，路径规划，MAKLINK图论，蚁群算法，三次样条插值ABSTRAC