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地面移动机器人运动规划与运动协调的若干算法研究
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南京理工大学
博士学位论文
地面移动机器人运动规划与运动协调的若干算法研究
姓名：焦立男
申请学位级别：博士
专业：模式识别与智能系统
指导教师：唐振民
地面移动机器人运动规划与运动协调的若干算法研究
运动规划和协调是自主移动机器人和多机器人系统研究中的部分基础和关键问
题。由于实际应用中机器人的通讯和感知范围有限，环境信息未知或不完整，因此本
文的主要内容为在有限通讯和感知条件下，在未知或不完整环境信息中，研究地面移
动机器人的运动规划以及多机器人系统的运动协调中的一些问题，建立从个体的运动
规划能力到群体的协调运动能力的一个整体框架。
本文从运动规划和协调角度，针对室内环境，在以下三个方面开展工作：(1)覆
盖规划是环境建模的基本问题之一。设计合理的运动策略，尽量完整地覆盖未知环境
是探索未知环境的一个重要内容。(2)在不完整信息情况下，需要一个能够快速重规
划的算法，该算法要能够结合环境模型的特点，根据环境的变化增量重规划。(3)在
个体机器人运动规划的基础上，研究多机器人系统如何协调一致地运动。
文中的主要研究工作和贡献如下：
(1)未知环境的覆盖规划中，采用改进的滑动算法，并结合环航和随机行走等策
略，使得多机器人队伍能够一边探索障碍物信息，一边增量的构建构型空间。这样不
仅完成了障碍物边界信息的探测，同时得到与机器人形体无关的状态空间。相比于传
统滑动算法，增量算法使得构型空间可以从局部逐渐构建，并且可用于多机器人系统，
大大提高了效率。
(2)设计了一种改进的基于近似Voronoi图的GVD(Generalized
算法。该GVD算法基于VDC(Van
序列控制精度更加方便，与简单采样相比计算性能也得到了改善，并且还具有优良的
(3)为了克服简单重规划的低效率，设计了一个在几何环境下运行的动态A宰算
的在信息不完整的几何环境中重规划。
(4)根据市场方法原理，建立了一个集市型市场结构，用于多机器人的任务或资
源分配。机器人之间可以直接采用最高价开叫拍卖方式磋商，拍卖出现矛盾时，其它
可选资源的潜在利润可以供其继续出价。
(5)设计了一个基于对策论的局部运动协调方法。通过适当的形式化，将运动协
调问题转化为机器人在通讯辅助下，局部性的和周围的机器人对策的过程，并且采用
了GD*Lite扩展节点的思想。这些措施使得在传统对策论框架下多个机器人能快速的
协调运动。
关键词：运动规划，计算几何，多机器人系统，多智能体系统，运动协
调，经济学，市场方法，对策论
地面移动机器人运动规划与运动协调的若干算法研究
motioncoordinationcanbe
offundament
Motion and
regardedpart
mobilerobotandMulti—Robot
inautonomous
Systems(MRS)．In
keyproblems
正在加载中，请稍后...机器人运动规划中的C space怎样理解？为什么不直接在笛卡尔坐标系下运算呢？ - 知乎149被浏览5722分享邀请回答82 条评论分享收藏感谢收起基于时间最优的搬运机器人运动规划_曹波 2012_文库下载
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& 基于时间最优的搬运机器人运动规划_曹波 2012
基于时间最优的搬运机器人运动规划_曹波 2012
第７期２０１２年７月
组合机床与自动化加工技术
ＭｏｄｕｌａｒＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆ＡｕｔｏｍａｔｉｃＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ
ＮＯ．７Ｊｕｌ．２０１２
文章编号：１００ｌ一２２６５（２０１２）０７―００３３―０６
基于时问最优的搬运机器人运动规划采
波１，曹其新１，童上高２，李佳平２，栾
南１，冷春涛１，李彰植１
（１．上海交通大学机械与动力工程学院。上海２００２４０；２．上海沃迪科技有限公司，上海２０１１１４）摘要：为了提高搬运机器人在码垛过程中的速度和运动平稳性，在其关节空问内。以时问最短为规划目标，采用三次样条曲线对搬运机器人的运动轨迹进行规划。保证其速度，加速度连续；针对搬运机器人的特定的工作方式和特定的机械结构，在传统的ＰＴＰ运动模式基础上提出一种基于时闻最优的规划方法，对机器人整个码垛过程进行再规划。通过实验验证，运动优化后，其码垛速度大大提高。关键词：运动规划；轨迹规３ｔ，】；搬运机器人；ｓ型曲线中图分类号：ＴＨｌ６２；ＴＰ２４１．２
文献标识码：Ａ
ＴｈｅＭｏｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｏｆＨａｎｄｌｉｎｇＲｏｂｏｔＢａｓｅｄ
ＣＡＯＢｏ‘，ＣＡＯ
ＴｉｍｅＯｐｔｉｍａｌ
Ｑｉ．ｘｉｎｌ，ＴＯＮＧ
Ｓｈａｎｇ―ｇａ０２，ＬＩＪｉａ―ｐｉｎ９２，ＬＵＡＮＮａｎｌ，ＬＥＮＧＣｈｕｎ―ｔａｎｌ，ＬＩＺｈａｎｇ―ｚｈｉｌ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ
ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａｎｇ―
ＴｒｉｏｗｉｎＴｅｃｈＣｏｍｐａｎｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１Ｉ１４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｐｅｅｄａｎｄｓｔａｔｉｏｎａｒｉｔｙｏｆｔｈｅＨａｎｄｌｉｎｇｒｏｂｏｔｗｈｅｎｗｏｒｋｉｎｇ，ｔｈｅｒｏｂｏｔ’Ｓ
ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｉｓｐｌａｎｅｄｉｎｊｏｉｎｔ
ｓｐａｃｅ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇ；ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇ；ｈａｎｄｌｉｎｇｒｏｂｏｔ；Ｓ－ｓｈａｐｅｄｃｎｌｗｅ
搬运机器人属于一种常见的工业机器人，主要
常见的运动规划方法主要有人工势场法、栅格法、
遗传算法和模糊控制等。人工势场法和栅格法主要用
于机器人所在环境中障碍物比较多的场合，其规划目标是在机器人在运动过程中如何避开这些障碍物成功到达目标点，而不是以到达目标点的时间作为规划目标口…。把遗传算法或模糊控制应用到轨迹规划上，造成计算复杂程度上升，计算量大大的增加，不利于机器人的实时控制。本文涉及的搬运机器人采用的是ｆｒｒＰ（点到点）运动控制模式，根据机器人实物结构和工作环运动方式，在传统的ＰＴＰ运动规划的基础上，提出了一种以时间最优为规划目标的规划方法。并用于实际工程项目中，提高搬运机器人工作效率。
应用于物流自动化领域，用于代替人工进行自动码
垛。随着生产规模的扩大和自动化水平的提高，对搬运机器人的堆垛速度提出了更高的要求；同时，搬运机器人在工作过程中频繁地快速启动、快速停止，对机械结构的冲击和磨损很严重。因此，为了能够使搬运机器人在码垛过程中快速平稳，运动规划对
机器人的作业非常重要。
机器人运动规划主要研究机器人在工作空间中
构建一条从起点到终点，或者从起始位姿（位置＋姿
态）到终止位姿的无碰、高效的运动序列¨１。机器人运动规划通常叉可分为路径规划和轨迹规划上下两级：路径规划用于在机器人操作空间或关节空间中产生一无碰撞的几何路径；轨迹规划用于产生机器人沿着该几何路径运动Ｈ。。
收藕日期：２０１１一１２―１３；修回日期：２０１２―０２―０２
基金项目：８６３重点攻关项目（２００９ＡＡ０４３９０３）搬运丁业机器人产业化
ｌ搬运机器人特点
本文采用的搬运机器人为一种四自由度的工业机器人。通过机构设计实现了圆柱坐标系下的解耦运动。
在机器人工作过程中，其第四关节的旋转中心总是垂
作者简介：曹渡（１９８６一），男．江西人，上海交通大学机械与动力工程学院硕士研究生，研究方向为工业机器人运动控制。（Ｅ―ｍａｉｌ）ｈｂｗｈ
ｈｋｌ２３＠１６３．ｃｏｒｎ。
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Collision-Free Motion Planning of Dual-Arm Robot Based on C-Space
研究了双臂机器人无碰撞运动规划问题，将C空间法成功地应用于双臂机器人的无碰撞运动规划，并提出了从臂无碰撞状态数据库(CSDB)概念．在本算法中，双臂机器人无碰撞运动规划问题被归结为对从臂无碰撞状态数据库的搜索．运用该算法可以找到一条最优的无碰撞运动轨迹，并已在双臂SCARATES型机器人上通过试验论证．结果表明，该算法可行且效率较高．
Abstract：
This paper was focused on the collision-free motion planning of dual-arm robot. The method of configuration space was successfully applied to the motion planning of dual-arm robots, and a new concept of slave-arm collision state database (CSDB) was presented. The dual-arm robot collision-free motion planning is regarded as searching a set of data in the CSDB. With this method, an optimum trajectory would be found. It was proved in the dual-arm articulated robot. The results ascertain that the algorithm is feasible and effective.
DING Fu-qiang
HAN Wei-jun
ZHAO Xi-fang
上海交通大学机器人研究所,
& ISTICEIPKU
年，卷(期)
机标分类号
国家自然科学基金，国家高技术研究发展计划(863计划)
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