基于PlayerGazebo的移动机器人路径规划仿真实现

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

基于Player/Gazebo的移动机器人路径规划仿真实现
作者:郝萍萍姚立峰
来源:《教育界》2010年第10期
[摘要]利用Player/Gazebo可以在3D环境中对单个或多个移动机器人的定位、路径规划、建图等导航算法进行高效的仿真。

本文在简介Player/Gazebo仿真环境的基础上,对移动机器人路径规划进行了讨论,利用Player/Gazebo的服务器/客户端模式,实现了对移动机器人路径规划的仿真,提高了机器人路径规划研究的效率。

[关键词]Player/Gazebo移动机器人仿真
1.引言
移动机器人技术是当今信息技术中最热门的领域,涉及感知、建模、导航、控制等各个方面。

其中,路径规划是移动机器人自主导航的基本要求之一,它使机器人在已知或未知环境中由一个初始配置自主移动到一个终点配置。

随着计算机技术的发展,移动机器人仿真成为现今机器人导航技术研究的重要手段。

研究人员可以在虚拟环境中对机器人进行建模和控制,模拟仿真各种现实环境和突发状况,避免在复杂环境下现场试验的困难并降低实际运行的成本。

Player/Stage/Gazebo是应用最广泛的机器人控制仿真平台之一,利用Gazebo的三维仿真环境,人们可以清楚地看到机器人在环境中的运行状况,极大的方便了机器人导航算法的研究。

本文在介绍Player/Stage/Gazebo仿真平台的基础上,以移动机器人路径规划为例,详细论述了如何建立移动机器人的运行环境和三维模型,并对机器人的路径规划控制进行了仿真。

结果表明该仿真环境可以真实有效的模拟移动机器人的运动和动力学特性、各种传感器以及机器人运动规划控制,必将进一步促进移动机器人的自主导航研究。

2.Player/Stage/Gazebo简介
Player/Stage/Gazebo是目前全世界应用最广泛的机器人仿真开发平台之一。

Player/Stage/Gazebo仿真平台包括机器人设备接口Player、2D多机器人仿真环境Stage以及3D 多机器人仿真环境Gazebo三部分。

其中,Player采用基于TCP的客户端,服务器模式,为各
种机器人平台、传感器、执行器提供灵活易用的网络接口,并支持多设备、多机器人连接,为分布协作多机器人及多传感器网络研究提供了可能。

Stage可以在二维环境中仿真多移动机器人,它提供的Player接口几乎不用修改可直接用于机器人硬件的连接。

Gazebo能用在3D环境下对多机器人进行仿真,包括机器人与障碍物之间的交互以及碰撞的物理特性。

Player/Gazebo 具有的模块化、灵活性和快速性等特点,使其已经成为全世界应用最广泛的机器人仿真开发环境。

3.移动机器人路径规划
路径规划是移动机器人自主导航的关键技术。

根据移动机器人工作空间的已知和未知,移动机器人路径规划可以划分为已知环境下的全局路径规划和未知或部分已知环境下的基于传感器的路径规划。

在未知环境中,机器人事先对所探索的环境没有先验知识,只能靠自身装备的传感器对局部环境进行认知学习,在感知环境的同时进行路径规划。

由于机器人感知环境的不确定性,机器人对环境的理解存在限制。

另外,实际运行环境是动态的,会不时出现突发性的意外,此时,在虚拟环境中对路径规划进行仿真成为一种有效的手段。

人工势场法是一种应用于自主移动机器人的局部路径规划方法,由于其简洁高效的实时避障控制,得到了广泛的应用。

其基本思想是将机器人的工作环境视为充满人工受力势场,在势场中运动的机器人受目标点的吸引并受到障碍物的排斥,最终使得机器人绕过障碍物,到达目标点。

本文在仿真过程中利用人工势场法实现机器人的实时避障功能。

其目标产生的吸引势能函数和虚拟吸引力如下所示:
4.环境建模及仿真
用户可以通过两种方式与Gazebo进行交互,一是通过函数库libgazebo,它通过共享内存的方式与其直接通讯,速度较快,但编程较为繁琐;另一种是通过Player,利用Player的简易高效的客户端服务器模式进行通讯,简便易用。

我们利用第二种方法来实现与Gazebo的交互,路径规划流程图如下:
5.结论。

相关文档
最新文档