纪默开题报告.doc

北京林业大学本科生学位论文开题报告姓名：纪默攻读学位：工学学士专业：计算机科学与技术 研究方向： 入学年月：2002年9月导师姓名：孟伟 职 称：讲师 选 题 基 本 情 况本研究题目为：（）1导师课题的一部分； 2定向或代培单位的课题；3其他（须具体说明）：选题分类（）基础研究应用研究技术开发选题来源（）国家级科研项目部委级科研项目地方政府科研项目横向课题自选课题1 研究的目的，意义，国内外研究现状及发展趋势智能移动机器人是一类能够通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标的自主运动，从而完成一定作业功能的机器人系统。近年来，移动机器人技术在工业、农业、航天及空间探测等许多领域都起到了重要的作用，同时又显示了广泛的应用前景，因而成为国际机器人学术界研究和关注的热点问题。移动机器人路径规划方法主要可以分为以下三种类型：1）基于事例的学习规划方法：基于事例的学习规划方法依靠过去的经验进行学习及问题求解，一个新的事例可以通过修改事例库中与当前情况相似的旧的事例来获得。2）基于环境模型的规划方法：该方法首先需要建立一个关于机器人运动环境的环境模型。在很多时候由于移动机器人的工作环境具有不确定性，使得移动机器人无法建立全局环境模型，而只能根据传感器信息实时地建立局部环境模型，因此局部模型的实时性、可靠性成为影响移动机器人是否可以安全、连续、平稳运动的关键。环境建模的方法基本上可以分为类：网络/图建模法、基于网格的建模方法。前者主要包括自由空间法、顶点图像法、广义锥法等。而后者在实现上要简单许多，所以应用比较广泛，其典型代表就是四叉树建模法及其扩展算法。基于环境模型的规划方法根据掌握环境信息的完整程度可以细分伟环境信息完全已知的全局路径规划和环境信息完全未知或部分未知的局部路径规划。作为当前规划研究的热点问题，局部路径规划得到了深入细致的研究。对环境信息完全未知的情况，机器人没有任何先验信息，因此规划是以提高机器人的避障能力为主，而效果作为其次。在环境部分未知时的规划方法主要有人工势场法、模糊逻辑算法、遗传算法、人工神经网络、模拟退火算法、蚁群优化算法、粒子群算法和启发式搜索方法等。3）基于行为的路径规划方法：基于行为的方法由Brooks在他著名的包容式结构中建立，他式一门从生物系统受到启发而产生的用来设计自主机器人的技术，它采用类似动物进化的自底向上的原理体系，尝试从简单的智能化来建立一个复杂的系统。基于行为的方法大体可以分为反射式行为、反应式行为、慎思行为三种类型。随着移动机器人应用范围的扩大，对于规划技术的要求也越来越高，单个规划方法有时不能很好地解决问题，所以新的发展趋向于将多种方法相结合。1）基于反应式行为于基于慎思行为规划的结合2）全局路径规划与局部路径规划的结合3）传统规划方法与新的智能方法之间的结合。2要解决的问题1人工水流法具有自身的缺陷可能会出现局部陷阱（即地图中的低谷点），导致人工水无法顺利达到终点。2人工势场法会出现在局部位置势场合力为零，产生局部极小点，导致运动停止。3努力提高机器人仿真系统对多算法的支持性。3方案可行性分析1通过对多个算法的分析，发现它们具有一定的共性，可以在同一机器人路径规划仿真平台上运行。2路径规划经过了前人无数的探索，已有较多成型的理论，虽然各个理论都有其固有的缺陷，但仍给我们提高了大量的资料以供继续研究。3得到对智能机器人路径规划算法（尤其是人工水流法）有深入研究的孟伟老师的悉心指导。4实际意义 1）物流配送：物流中的一个环节叫做物流配送车辆优化调度，是对一系列装货点和卸货点，组织适当的行车路线，是车辆有序地通过它们，在满足一定的约束条件下，达到一定的目标。路径规划在此处大有用武之地。2）汽车导航：汽车导航系统是一种极先进的仪器，加置于现有的音像系统上，能够侦测汽车在行驶途中的位置，协助驾驶者在陌生的道路环境中，通过电子地图与话音指南，准确地掌握前往目的地的路线。导航系统拥有智能的路线规划，这是它的核心部分，应用了成熟的路径规划算法。3）移动机器人：移动机器人是一种在复杂的环境下工作的具有自规划、自组织、自适应能力的机器人。在移动机器人的相关技术研究中，导航技术可以说是其核心技术，也是其实现真正的智能化和完全的自主移动的关键技术，而路径规划在导航中起到极其重要的作用。5实现软件：OS:WINDOWS XPIDE:MS VISUAL C+ 6.06硬件要求：CPU: P3 1G内存: 128M硬盘: 20G7.工作进度3月4月 完成机器人运行环境模块代码的编写4月5月 完成机器人模块、算法模块代码的编写5月6月 撰写论文，参加论文答辩8预期效果实现一个机器人仿真系统，可以运行多个不同的机器人路径规划算法，通过在不同障碍环境下仿真，给可视化的仿真结果，以检测和比较各种算法的正确性和效率。9参考文献1邰宜斌.等.一种机器人路径规划的新方法.上海交通大学学报.1996.30(4)：94-95.2张捍东.等.移动机器人路径规划技术的现状与展望. 系统仿真学报.2005.17(2)：439-442.3 李磊. 叶涛. 等.移动机器人技术研究现状与未来J. 机器人. 2002. 24(5)： 475-480.4 王志文. 郭戈. 移动机器人导航技术现状与展望J. 机器人. 2003. 25(5)： 470474.5 于红斌.李孝安.基于栅格法的机器人快速路径规划.微电子学与计算机.2005.22(6)：98-1006 卢晓军.李焱.贺汉根. 一种基于自由空间法的虚拟人行走规划方法. 计算机工程与科学.2005.27(8)：607 陈陈. 优化方法与最优控制M. 北京： 机械工业出版社. 1993.8:252.8 周宏志.等. 基于神经网络的移动机器人路径规划.计算机工程与科学.2005.27(12)：72-74.9 韩学东.洪炳.孟伟. 一种新型的路径规划方法人工水流法. 高技术通讯. 2004.4:53-55.10 庄晓东. 孟庆春. 动态环境中基于模糊概念的机器人路径搜索方法J. 机器人. 2001. 23(5)： 397-399.11 李彩虹. 张子间. 基于两点法的机器人路径规划.山东理工大学学报.2005.19(1)：18-19.12 梁轲. 陈雄. 移动机器人在未知狭窄环境中的路径规划.机器人.2005.27(1)：53.13 Khatib O. Real2time obstacle avoidance for manipulators and mobilerobotsJ . The International Journal of Robotics Research . 1986 .5 (1) ： 90 - 98.14 YU Jian-li .VAL ERI Kroumov.HIROYU KI Narihisa. Path Planning Algorithm for Car-like Robot and Its Application. CHINESE QUARTERLY JOURNAL OF MATHEMATICS.2002.17 (3)：98-99.15 Nelson H C. Yung Cang Ye. An Intelligent Mobile Vehicle Navigator Based on Fuzzy Logic and Reinforcement Learning J. IEEE Transon Sys Man and Cybern. Part B： Cyberneics. 1999. 29(2)： 314-320.16Samet H.An algorithm for converting rasters to quadtree.IEEE Trans Patt Analy Mach Intell.1981.3(1)：93-95.17Samet H.Neighbor finding techniques for images represented by quadtrees.Comput Graphics Image Precessing.1982.18(1)：37-57.18 Taylor C J . Kriegman D J . Vision2based m