机器人避障策略研究PPT
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三、常用避障算法简介
2.基于栅格划分的避障算法
建立一个环境坐标系来描述机器人的环境，在这个坐标 系中，二维笛卡尔栅格不断被机器人传感器采样环境所 更新，环境坐标是绝对地表示环境，并在一定的实时区 域、一定时间内保持坐标原点的固定，但在局部区域内 完成了移动后，再基于目前行驶点和下个目标点重新建 立机器人的环境地图。
11
三、常用避障算法简介
3.基于逻辑推理的避障算法
算法步骤如下： 1）定义一个状态集，该集合反 映机器人通过传感器测得的当 前状态。 2）定义一个行为集，该集合反 映机器人当前可以采取的动作。 3）确定从状态到行为的映射关 系。
12
三、常用避障算法简介
4.基于模糊控制的避障算法
在基于逻辑推理的路径规划方法基础进行改进： 1）传感器的一次测量值与多个状态对应，每个状态有一个 隶属度对应。 2）根据模糊推理结果确定行为。 引入隶属度的概念可以明显的减少传感器测得的状态个数。 模糊控制就相当于是在逻辑推理的基础之上，改进了缩小状 态集的方法，从而让移动机器人在移动过程中的自主性更加 明确。
6
二、Amigo移动机器人介绍
软件系统
1. ARIA ：这是为Mobile Robots开发的，面向对象的，用于 机器人控制的应用程序接口系统，其他程序都是以ARIA为基础 的 2. ARNL ：这是用于Mobile Robots机器人平台定位及自主导 航的软件开发包 3. MobileSim ：这是移动机器人的仿真软件，包含机器人以 及周围环境模型，可以加载地图，获取传感器数据信息 4. Mapper3：是地图绘制软件，他可以把激光测距仪获得的信 息自动生成地图，也可以让用户自己手动绘制地图，手动绘制 的地图也可以直接加载在MobileSim中
第四章主要有以下几个部分的内容
用栅格法划分地图 概率的计算 算法流程
16
四、基于栅格法的避障策略研究
在进行避障和路径规划 时，采用栅格为基本单 位表示环境信息。按照 机器人及其有限的活动 场地大小进行栅格的定 义和场地的栅格划分。 图中具有黑色方块的栅 格表示有障碍物
用栅格法划分地图
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四、基于栅格法的避障策略研究
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二、Amigo移动机器人介绍
人机通讯
Amigo机器人与计算机系统连接方式主要有三种：一是 通过串行口建立连接，该方法连接简单，只需要一条串口连接 线，即可实现机器人与计算机系统连接，但受到串口线的限制， 计算机对机器人控制不方便；二是通过无线网络建立连接，机 器人和计算机之间需要借助无线路由器建立连接，进而可实现 对机器人的远程控制，该方法应用较多；三是车载计算机系统， 机器人配备嵌入式计算机主板，该主板具有常规的键盘、鼠标、 显示器接口，具有0/100M自适应网卡，具有4个COM口，2个USB 口，在PC104/PC104+扩展总线。车载计算机通过COM1口与控制 器连接，直接实现数据通信。 这里，我们用第二种连接方式。
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三、常用避障算法简介
5.基于神经网络的避障算法
1）先将问题转化为优化问题。 2）用神经网络表示惩罚函数。 3）推导出相应的反向传播算法用于神经网络的训练。 将避障或者说是路径规划问题转化为最优化问题，地图上 的障碍物即为问题的约束条件，再用神经网络引入惩罚函 数，这样就将有约束条件的最优化问题转化为无约束优化 问题。
下一步可以有八个方位 进行搜索，即：东、南、 西、北、东北、西北、 东南、西南
在不同的方向上加上关 联程度a： 黑色区域的方向，a=0 白色区域的方向，a=1
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三、常用避障算法简介
1.基于几何构造的避障算法 2.基于栅格划分的避障算法 3.基于逻辑推理的避障算法 4.基于模糊控制的避障算法 5.基于神经网络的避障算法 6.基于人工势场的避障算法
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三、常用避障算法简介
1.基于几何构造的避障算法
我们可以连接起始点和障碍物 的顶点，再连接障碍物的顶点 和目标点，障碍物的不同顶点 对应了不同的路径，从这些有 限的路径中选出的最短路径就 是我们要求的最优路径。这种 算法比较简单，但功能单一， 不能在动态未知地图条件下实 现避障。
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三、常用避障算法简介
6.基于人工势场的避障算法
障碍物对机器人施加排斥力，目 标点对机器人施加吸引力，排斥 力和吸引力的合力形成势场，机 器人移动就像球从山上滚下来一 样，移动机器人在合力作用下向 目标点移动。 应用势场法规划出来的路径一般 是比较平滑并且安全。
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四、基于栅格法的避障策略研究
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一、绪论
移动机器 人
目前机器人避障还远未达到实时和全自主
的要求，在未知复杂环境下很多还只能实现半 自主。随着视觉采集设备质量和计算机图像处 理技术的不断提高，移动机器人的障碍物识别 与避障能力将会大大提高。
基于以上重要性指导教师自拟此课题
4
一、绪论
首先 其次 再次 最后
5
课题研究 主要内容
介绍Amigo机器人的硬件配置、 软件系统以及客户端操作平 台和人机通讯方式
介绍移动机器人避障的常用 算法并比ຫໍສະໝຸດ Baidu各自的优缺点
以栅格搜索法的避障算法为 重点，分析Amigo机器人的避 障实现过程
借助仿真软件进行仿真，验 证算法的可行性，并总结不 足和可以改进的地方
二、Amigo移动机器人介绍
硬件系统
1.底盘采用三轮结构：一个万向轮，仅起支撑作用，不起导向 作用；两个驱动轮则位于车体两侧，采用PWM控制 2.内嵌SH2微控制器，负责底层数据处理和命令执行，如获取 传感器信息，小车位置信息等等 3.配备有8个声呐测距装置 ，负责采集周围环境信息，将数据 传给微处理器处理 4.其上安装有无线接收与发送模块，通过此模块可以与电脑实 现实时通讯
Amigo机器人避障策略研究
姓名： 学号： 专业： 指导老师：
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Contents
1 2 3 4 5 6
2
绪论 Amigo移动机器人介绍 常用避障算法简介 基于栅格法的避障策略研究 仿真验证 总结与展望
一、绪论
课题来源
移动机器 人
自主避障的能力是移动机器人智能化程度
的重要指标，是实现在未知环境中自主完成预 设任务的关键技术之一，也是移动机器人在复 杂多变环境中稳定、安全、高效完成任务的重 要保障
三、常用避障算法简介
2.基于栅格划分的避障算法
建立一个环境坐标系来描述机器人的环境，在这个坐标 系中，二维笛卡尔栅格不断被机器人传感器采样环境所 更新，环境坐标是绝对地表示环境，并在一定的实时区 域、一定时间内保持坐标原点的固定，但在局部区域内 完成了移动后，再基于目前行驶点和下个目标点重新建 立机器人的环境地图。
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三、常用避障算法简介
3.基于逻辑推理的避障算法
算法步骤如下： 1）定义一个状态集，该集合反 映机器人通过传感器测得的当 前状态。 2）定义一个行为集，该集合反 映机器人当前可以采取的动作。 3）确定从状态到行为的映射关 系。
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三、常用避障算法简介
4.基于模糊控制的避障算法
在基于逻辑推理的路径规划方法基础进行改进： 1）传感器的一次测量值与多个状态对应，每个状态有一个 隶属度对应。 2）根据模糊推理结果确定行为。 引入隶属度的概念可以明显的减少传感器测得的状态个数。 模糊控制就相当于是在逻辑推理的基础之上，改进了缩小状 态集的方法，从而让移动机器人在移动过程中的自主性更加 明确。
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二、Amigo移动机器人介绍
软件系统
1. ARIA ：这是为Mobile Robots开发的，面向对象的，用于 机器人控制的应用程序接口系统，其他程序都是以ARIA为基础 的 2. ARNL ：这是用于Mobile Robots机器人平台定位及自主导 航的软件开发包 3. MobileSim ：这是移动机器人的仿真软件，包含机器人以 及周围环境模型，可以加载地图，获取传感器数据信息 4. Mapper3：是地图绘制软件，他可以把激光测距仪获得的信 息自动生成地图，也可以让用户自己手动绘制地图，手动绘制 的地图也可以直接加载在MobileSim中
第四章主要有以下几个部分的内容
用栅格法划分地图 概率的计算 算法流程
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四、基于栅格法的避障策略研究
在进行避障和路径规划 时，采用栅格为基本单 位表示环境信息。按照 机器人及其有限的活动 场地大小进行栅格的定 义和场地的栅格划分。 图中具有黑色方块的栅 格表示有障碍物
用栅格法划分地图
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四、基于栅格法的避障策略研究
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二、Amigo移动机器人介绍
人机通讯
Amigo机器人与计算机系统连接方式主要有三种：一是 通过串行口建立连接，该方法连接简单，只需要一条串口连接 线，即可实现机器人与计算机系统连接，但受到串口线的限制， 计算机对机器人控制不方便；二是通过无线网络建立连接，机 器人和计算机之间需要借助无线路由器建立连接，进而可实现 对机器人的远程控制，该方法应用较多；三是车载计算机系统， 机器人配备嵌入式计算机主板，该主板具有常规的键盘、鼠标、 显示器接口，具有0/100M自适应网卡，具有4个COM口，2个USB 口，在PC104/PC104+扩展总线。车载计算机通过COM1口与控制 器连接，直接实现数据通信。 这里，我们用第二种连接方式。
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三、常用避障算法简介
5.基于神经网络的避障算法
1）先将问题转化为优化问题。 2）用神经网络表示惩罚函数。 3）推导出相应的反向传播算法用于神经网络的训练。 将避障或者说是路径规划问题转化为最优化问题，地图上 的障碍物即为问题的约束条件，再用神经网络引入惩罚函 数，这样就将有约束条件的最优化问题转化为无约束优化 问题。
下一步可以有八个方位 进行搜索，即：东、南、 西、北、东北、西北、 东南、西南
在不同的方向上加上关 联程度a： 黑色区域的方向，a=0 白色区域的方向，a=1
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三、常用避障算法简介
1.基于几何构造的避障算法 2.基于栅格划分的避障算法 3.基于逻辑推理的避障算法 4.基于模糊控制的避障算法 5.基于神经网络的避障算法 6.基于人工势场的避障算法
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三、常用避障算法简介
1.基于几何构造的避障算法
我们可以连接起始点和障碍物 的顶点，再连接障碍物的顶点 和目标点，障碍物的不同顶点 对应了不同的路径，从这些有 限的路径中选出的最短路径就 是我们要求的最优路径。这种 算法比较简单，但功能单一， 不能在动态未知地图条件下实 现避障。
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三、常用避障算法简介
6.基于人工势场的避障算法
障碍物对机器人施加排斥力，目 标点对机器人施加吸引力，排斥 力和吸引力的合力形成势场，机 器人移动就像球从山上滚下来一 样，移动机器人在合力作用下向 目标点移动。 应用势场法规划出来的路径一般 是比较平滑并且安全。
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四、基于栅格法的避障策略研究
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一、绪论
移动机器 人
目前机器人避障还远未达到实时和全自主
的要求，在未知复杂环境下很多还只能实现半 自主。随着视觉采集设备质量和计算机图像处 理技术的不断提高，移动机器人的障碍物识别 与避障能力将会大大提高。
基于以上重要性指导教师自拟此课题
4
一、绪论
首先 其次 再次 最后
5
课题研究 主要内容
介绍Amigo机器人的硬件配置、 软件系统以及客户端操作平 台和人机通讯方式
介绍移动机器人避障的常用 算法并比ຫໍສະໝຸດ Baidu各自的优缺点
以栅格搜索法的避障算法为 重点，分析Amigo机器人的避 障实现过程
借助仿真软件进行仿真，验 证算法的可行性，并总结不 足和可以改进的地方
二、Amigo移动机器人介绍
硬件系统
1.底盘采用三轮结构：一个万向轮，仅起支撑作用，不起导向 作用；两个驱动轮则位于车体两侧，采用PWM控制 2.内嵌SH2微控制器，负责底层数据处理和命令执行，如获取 传感器信息，小车位置信息等等 3.配备有8个声呐测距装置 ，负责采集周围环境信息，将数据 传给微处理器处理 4.其上安装有无线接收与发送模块，通过此模块可以与电脑实 现实时通讯
Amigo机器人避障策略研究
姓名： 学号： 专业： 指导老师：
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Contents
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绪论 Amigo移动机器人介绍 常用避障算法简介 基于栅格法的避障策略研究 仿真验证 总结与展望
一、绪论
课题来源
移动机器 人
自主避障的能力是移动机器人智能化程度
的重要指标，是实现在未知环境中自主完成预 设任务的关键技术之一，也是移动机器人在复 杂多变环境中稳定、安全、高效完成任务的重 要保障