基于改进AD~*算法的低能耗移动机器人最优路径规划

在移动机器人路径规划中需要考虑距离约束和时间约束,同时,为了使机器人在能量补给不足的情况下更高效地执行更多的任务,降低运动过程中的能耗变得尤为重要。考虑到机器人对降低能耗和路径规划效率两方面的需求,本文提出了一种基于改进AD~*(Anytime Dynamic A~*)算法的低能耗移动机器人最优路径规划方法,该方法可以降低能耗,又兼顾距离约束和时间约束。首先,通过构建机器人动力学模型及其在运动过程中的能耗模型,实现对路径的能耗计算。结合机器人运动学模型,采用基于采样的模型预测算法(Sample based model predictive optimization,SBMPO)生成优化轨迹簇。然后,改进AD~*算法,将距离成本和能耗成本融入搜索节点的评估函数,根据轨迹簇中的节点连接关系和环境地图进行在线规划,以获得能耗最优的路径。最后,通过设计仿真测试场景将所提出的能耗最优路径规划方法与距离最优规划方法进行规划结果对比,验证了算法的有效性。     

复杂环境下农业机器人路径规划优化方法

针对在室外复杂环境下作业的农业机器人存在因能量受限导致工作完成率降低的问题,提出了一种基于改进的启发式搜索的ECA~*路径规划算法,该算法可以在资源受限的情况下完成能量损耗最优路径的规划。首先,通过建立机器人距离-能量损耗模型,计算机器人移动行进的路程和损耗的能量,并对未来的路径和能耗趋势进行评估。然后,在传统A~*算法的基础上,将距离-能量损耗模型代入启发代价函数,通过搜索扩展子节点寻找最优路径。在每次迭代过程中,通过对比剔除处于劣势的路径,以保证算法的高效性。最后,通过设计仿真实验,将改进的ECA~*算法与传统的A~*算法搜索到路径的能量损耗进行对比,并在之后的改进算法中添加相应的能量约束进行计算。仿真结果表明,改进算法减少14. 87%能量消耗,验证了ECA~*算法的有效性。     

基于速度方向判定的动态窗口法

动态窗口法(Dynamic Window Approach-DWA)广泛应用于移动机器人局部避障中,但存在路径不合理及轨迹不平滑的问题。基于此,提出了改进的动态窗口法。求执行速度时,窗口中所有速度先形成预轨迹,然后移除预轨迹与障碍物相交的速度,接着考虑剩余速度的方向,并根据机器人预测位置、速度以及离障碍物最小距离,获得允许速度,从而机器人得到更加合理的执行速度。实验验证了改进的DWA算法在相同环境和自身约束下规划的路径更加合理,机器人能够通过密集障碍物区域,且运行的效率更高。     

基于改进双向RRT*的果园机器人运动规划算法

为提高果园机器人在果园中作业的自主性、安全性和效率,需要进行有效合理的运动规划。针对传统RRT*(Rapidly exploring random tree star)全局路径规划算法在连续走廊式环境下存在搜索效率低、采样点利用率低、生成路径折线多转角大等问题,以阿克曼底盘果园喷雾机器人为运动模型,提出一种改进双向RRT*的果园喷雾机器人运动规划算法。首先,根据激光雷达建立果园二维平面地图,将果树和障碍物均视为障碍物区域,并结合喷雾机器人本体尺寸,对障碍物进行膨胀化处理;然后,通过改进双向RRT*算法搜索路径,搜索路径过程中结合动态末梢节点导向和势场导向进行偏置采样,并对初步生成的路径进行路径点去冗余以及相邻折线段转角约束处理;最后,采用三阶准均匀B样条曲线对处理后的路径点进行轨迹优化,在优化过程中主要考虑轨迹的碰撞检测和喷雾机器人底盘曲率约束。试验结果表明,相较于传统双向RRT*算法,本文所提出的改进算法规划时间平均减少57.5%,采样点利用率平均提高28.55个百分点,最终路径长度平均缩短7.14%;经三阶准均匀B样条曲线优化后所得轨迹在有、无障碍物两种环境下均满足喷雾机器人最大曲率约束,且仅在换行以及障碍物处存在转弯行为,符合喷雾机器人作业轨迹条件,提高了喷雾机器人的工作效率和自主性。     

基于遗传算法的采摘机器人轨迹规划

以总距离最短作为性能指标,以6自由度采摘机器人作为研究对象,在考虑各关节速度、加速度和加速度变化约束的基础上,采用遗传算法对机器人所经过各点的进行路径规划.运用robotics toolbox 工具箱进行仿真,结果表明:所设计的机器人轨迹规划方法既能保证总路径最优,又可使机器人的轨迹平滑.     

基于RRT的无人驾驶车辆运动规划算法

现有的RRT(快速搜索随机树)规划算法没有考虑车辆特性,不能很好地应用到车辆的轨迹规划问题,且路径不是最优。针对上述问题,提出了一种简单有效的A-RRT(启发搜索随机树)轨迹规划算法。该算法考虑车身的几何约束,它首先通过建立约束条件筛选新节点位置,保证了车辆在复杂环境中的安全性;其次在特定区域内引入启发式函数建立新的成本函数,有效地减少路径节点数量以及提高运行速度和质量。最后,结合后处理方法以及贝塞尔曲线以生成适合车辆特性的可执行轨迹。通过仿真实验验证了该算法的正确性、鲁棒性和实用性。     

基于改进A*与DWA算法融合的温室机器人路径规划

根据温室环境下移动机器人作业的实时路径规划要求,提出一种基于改进A^*算法与动态窗口法相结合的温室机器人路径规划算法。针对传统A^*算法搜索算法拐点过多的问题,对关键点选取策略进行改进,融合动态窗口法,构建全局最优路径评价函数,采用超声传感器进行局部避障,实现实时最优的路径规划。仿真实验结果证明,与传统A^*、Dijkstra、RRT算法相比,基于改进A^*算法的路径更为平滑和高效。真实环境下实验表明,移动机器人能够实现自主导航,跟踪误差保持在0.22 m以内、定位误差不大于0.28 m,能够满足实际需求。     

基于PSO算法的双臂机器人时间最优轨迹规划

依据双臂机器人运动学约束条件,将已完成无碰撞路径规划的由两个5自由度机械臂构成的双臂机器人作为一个具有10自由度的单臂机器人,采用多段样条多项式插值对其一般时间最优轨迹规划问题进行研究,并以4-3-3-4次多项式插值为例,运用PSO算法对双臂机器人各段插值时间进行优化,得到满足速度约束条件下的最优插值时间,并由此得到双臂机器人各个关节的运动位置、速度和加速度曲线,仿真结果表明,该方法能够有效实现指定速度约束下已完成无碰撞路径规划的双臂机器人时间最优轨迹规划。     

基于ROS的室内自主导航移动机器人的研制

【目的】解决传统AGV机器人体积大、成本高、受限于固定路径等问题。【方法】本研究提出了一种以低成本、轻量化和结构简单为设计理念的室内移动机器人。为了降低制造成本确定了机器人的整体结构,双驱动电机与福来轮组成三轮结构。机器人采用基于ROS系统的控制方案、上位机与下位机结合的控制方式,使用激光雷达作为SLAM的传感器并用磁编码器作为里程计。本研究深入分析了A*全局规划算法,并提出了改进的A*算法。同时采用DMA（动态窗口法）作为局部路径规划算法,通过搭建实际移动机器人,进行SLAM建图实验、自主导航实验和避障实验。【结果】实验结果表明,该机器人能够进行室内的自主导航并且在全局路径规划速度方面有较大的提升,使用改进后的A*算法后,平均路径规划效率提升了31.1%。【结论】本研究为我国移动机器人技术的发展和产业化提出了一种性能优越、成本低、结构简单的移动机器人设计方案。     

自走式智能牛舍清洁机器人路径设计与研究

阐述了清洁机器人总体设计架构,并对清洁机器人驱动系统与控制系统进行分析。通过设计出清洁机器人全区域覆盖路径规划、基于感应回归算法的自动返回充电站路径规划与基于栅格地图的距离转换路径规划方法的自动返回加水站路径规划,实现了牛舍清洁机器人24h的清洁工作。根据全区域覆盖路径规划方法、感应回归算法与基于栅格地图的距离转换路径规划方法的设计应用,进行机器人运行轨迹规划算法的优化实现。实践证明:这些方法在清洁机器人路径规划方面得到了很好的运用。     

水资源优化配置研究进展

结合我国水资源问题,阐述了水资源优化配置的作用,对国内外水资源优化配置的研究进展做了评述,从可持续发展的角度,对水资源优化配置研究成果的特点进行归纳。在此基础上,指出水质水量联合优化配置和水资源优化配置效果评价的理论、模型和方法,以及3S技术和新优化算法在水资源优化配置中的应用,是水资源优化配置研究的重要领域。     

机压微灌管网系统布置与管径同步优化设计

微灌管网系统由轮灌管网(支毛管)和续灌管网(干管)组成,以往的研究没有将其作为一个系统,且不能实现布置与管径组合的同步优化,研究成果对坡度均匀的大型灌区机压微灌独立管网系统的优化也不适用。因此,提出了机压微灌管网系统优化的方法,并建立了优化设计数学模型,采取整数及实数编码的混合编码方法,通过遗传算法求解,同时实现轮灌管网及续灌管网的布置优化及管径组合优化,得出的管径为标准商用管径,无需调整。实例计算结果表明,该模型与算法在求解机压微灌管网系统优化设计问题上具有良好的优化性能和求解精度。与传统设计方案相比较,轮灌管网和续灌管网的优化设计方案单位面积年费用分别降低了14. 85%～35. 59%和4. 12%～12. 99%,节省投资效果明显。     

输水渡槽最优断面优化设计

采用非线性模型,提出了输水渡槽的最优园底直角横断面。在同样水力条件下,最优园底直角断面的湿周是矩形最优断面的83.7%。     

常州市芙蓉大圩最优水面率研究

苏南城市化进程迅速,圩区水面率对于当地的城市规划、城市防洪除涝保安全十分重要。以常州市芙蓉大圩为例,提出了工程总费用现值最少为目标函数,考虑生态需水、蓝线控制、泵站建设等约束的圩区城镇最优水面率非线性规划模型,对常州市芙蓉大圩进行优化计算,最优水面率为10.4%,该方法可供苏南圩区水系规划参考。     

田间梯形衬砌渠道纵横断面优化设计

本文运用非线性数学模型推导了最优衬砌梯形横断面,它是边坡ｍ＝３／３时的水力最优断面,在此基础上提出了几种田间梯形衬砌渠道纵横断面优化设计方法。     

喷灌系统田间管网的优化设计及其投资比较

本文通过多种田间管网的布置形式方案的比较,研究和探讨了适合湛江市区情的喷灌方式。     

资金限制情况下投资项目的最优组合决策模型

资金限额条件下投资项目的最优组合是某些企业经常遇到的问题。对这些项日进行组合与投资安排，不仅要考虑各项目的投资额大小，还要考虑项目投资先后顺序、先期投资项目的盈利对后期投资项目所得资金的补充等情况。为此，建立了两类常见的资金限制情况下的最优组合决策问题的优化模型，并举例进行了计算。     

基于可变模糊集理论的节水灌溉方式优选

在分析节水灌溉的必要性和目前节水灌溉方案优选方法的基础上,根据可变模糊集理论,提出了节水灌溉方案优选的可变模糊优选方法。该方法能够通过变化模型参数,合理地选出优属度较高的方案,提高了对方案优选的可靠度。将提出的方法应用于某灌区节水灌溉方案优选,结果比较和分析表明,该方法计算简便,实用性强,优选结果可信度高。     

灌溉兼防洪水库的优化调度

我国干旱半干旱地区，天然降水量少且时程及地域相差大，并有很大的随机性。对有水库调节的地区，如何处理天然降水的随机性，合理利用有限的水资源，解决人畜饮水、工业用水、林业及农业灌溉耗水，使其在各种情况下都能达到最佳的社会效益和经济效益，该文选用动态规划法，编制的电算程序，很好地解决了这一问题。     

蓄提灌溉系统分析及优化调度

本文以一具体灌溉系统为背景，用系统工程的方法，对其工程组成、结构、特点进行了全面地考察，并分层对各子系统进行了详细的分析和建立了其优化调度数学模型，为解决类似系统节能、节水和提高经济效益等问题提供了新的方法。