未知環(huán)境中移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航控制研究的若干問題分析

高玉祥+韓佳璇+尚中央

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，導(dǎo)航系統(tǒng)得到了人們的廣泛關(guān)注。從本質(zhì)上來說，它是以“移動(dòng)機(jī)器人”為雛形，以數(shù)據(jù)采集為主要方法，以信號傳遞為最終目的智能化支持方式。研究者以機(jī)器人學(xué)說為理論基點(diǎn)，從動(dòng)態(tài)控制內(nèi)部進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)信息的共享與內(nèi)容的交流，為高端技術(shù)的創(chuàng)建提供了條件。因此，本文從移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的理論基礎(chǔ)出發(fā)，對導(dǎo)航控制的有效方法進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)機(jī)器人；導(dǎo)航控制；問題研究

從研發(fā)空間上來講，導(dǎo)航系統(tǒng)是以智能機(jī)器人的動(dòng)作設(shè)定為基礎(chǔ)，通過光纖傳感器的協(xié)調(diào)對周圍環(huán)境進(jìn)行感應(yīng)、對自身狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整的目標(biāo)確立過程。它的研發(fā)為國家空間資源規(guī)劃形式創(chuàng)造了有利條件，并實(shí)現(xiàn)了宇宙太空的自動(dòng)化探測，在表面導(dǎo)航的條件下延伸實(shí)際范圍。

1 移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的理論分析

1.1 移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航方式

與傳統(tǒng)的導(dǎo)航技術(shù)不同，移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航方式分為以下幾個(gè)方面：第一，磁導(dǎo)航。它是由美國的科技學(xué)專家研發(fā)，在移動(dòng)機(jī)器人的電纜路徑中增加集合線圈，以交叉的方式進(jìn)行線路分配。數(shù)字感應(yīng)器會(huì)以電流的流動(dòng)方向與容量作為整體控制方向，對不同頻率的磁體進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)發(fā)射裝置的預(yù)設(shè)和分析。但總體來說，這種導(dǎo)航方式并不常用，它的安裝條件非常嚴(yán)格，成本也相對較高。第二，慣性導(dǎo)航。系統(tǒng)會(huì)為機(jī)器人設(shè)計(jì)一定的方向，并根據(jù)反應(yīng)器中的反射弧長和速度計(jì)量器來確定具體的走向。如果速度計(jì)量器的核心頻率增加，機(jī)器人的相對化指令也會(huì)提升。它會(huì)以當(dāng)前的位置為起始點(diǎn)，在數(shù)值累加的前提下設(shè)定下一目標(biāo)。第三，視覺導(dǎo)航。視覺導(dǎo)航的應(yīng)用性較廣。研究人員首先要利用機(jī)器人的局部區(qū)域安裝數(shù)字化感應(yīng)器，它不僅能夠以周圍環(huán)境作為“基準(zhǔn)點(diǎn)”，進(jìn)行信息的調(diào)整和配送，還可以將分析結(jié)果以數(shù)字的形式傳輸?shù)叫诺乐?。用戶終端會(huì)對不同的數(shù)字標(biāo)識進(jìn)行解譯，并將形成的曲線裝換為圖像，實(shí)現(xiàn)信號探測范圍的擴(kuò)大。

1.2 路徑規(guī)劃

基于導(dǎo)航地圖的全局與具體路徑，移動(dòng)機(jī)器人能夠在離線的狀態(tài)下接受到當(dāng)前信號，并將內(nèi)容傳送到用戶終端，實(shí)現(xiàn)目的地的有序規(guī)劃。首先，現(xiàn)代化的路徑規(guī)劃方式是基于動(dòng)力學(xué)理論所研發(fā)的環(huán)境分析法。系統(tǒng)能夠根據(jù)力的投入方向與約束集合進(jìn)行性能設(shè)計(jì)。但在設(shè)計(jì)的初期，許多理論學(xué)家發(fā)現(xiàn)大部分機(jī)器人都只能夠按照規(guī)劃好的路徑行走，不能夠做到具體問題具體分析。為了解決上述問題，我們做出了相對完善的“微分平坦系統(tǒng)”。機(jī)器人在接收指令之前會(huì)根據(jù)目標(biāo)狀態(tài)對初始情況進(jìn)行設(shè)定，將路徑用數(shù)字的形式顯示出來，從函數(shù)的曲線中得出參考依據(jù)。

2 移動(dòng)機(jī)器人控制及導(dǎo)航系統(tǒng)

2.1 基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的軌跡跟蹤控制

移動(dòng)機(jī)器人是導(dǎo)航系統(tǒng)的基本載體，而導(dǎo)航而是移動(dòng)機(jī)器人的表現(xiàn)形式。它的設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在“導(dǎo)航”二字上。系統(tǒng)能夠?qū)Ξ?dāng)前環(huán)境進(jìn)行感應(yīng)，以線性特征為核心，做出相應(yīng)的反響?，F(xiàn)代化的導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)造相對復(fù)雜，內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有協(xié)調(diào)性，而不是以單一的形式獨(dú)立存在。首先，在系統(tǒng)平面中有兩個(gè)測試點(diǎn)，動(dòng)力調(diào)配中心會(huì)在內(nèi)部形成一個(gè)模糊的邏輯，通過障礙物的設(shè)定將整體的回路聯(lián)系起來。一般情況下，系統(tǒng)會(huì)每隔2秒形成一個(gè)新的目標(biāo)點(diǎn)，并將其看作是傳感目標(biāo)，當(dāng)通信協(xié)議形成后，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)相關(guān)的操作標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行，并以“掃除障礙物”為重點(diǎn)，擴(kuò)大路徑的協(xié)調(diào)范圍。其次，運(yùn)動(dòng)學(xué)的軌跡跟蹤方法優(yōu)勢體現(xiàn)在它能夠?qū)唵蔚木€路做出線性規(guī)劃，通過紅外感應(yīng)終端進(jìn)行內(nèi)容分析，以機(jī)器人的中間距離為平衡口，將左右兩側(cè)作為離散方向，以神經(jīng)的觸動(dòng)節(jié)點(diǎn)為分布端口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活性反應(yīng)。最后，系統(tǒng)內(nèi)置部分具有數(shù)據(jù)采集和分析的作用。它可以沿著電流的發(fā)展路徑進(jìn)行任務(wù)分配，當(dāng)內(nèi)部存儲(chǔ)量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，數(shù)據(jù)采集的功能會(huì)開啟，并以光電結(jié)構(gòu)的編碼方式為主，對整體方向進(jìn)行逐一識別。

2.2 移動(dòng)機(jī)器人的避障和自動(dòng)導(dǎo)航

移動(dòng)機(jī)器人的避障和自動(dòng)導(dǎo)航也是智能化設(shè)備的兩大重要部分。假定在環(huán)境良好的條件下，導(dǎo)航中的地圖信息與問題識別狀況都是未知的，甚至系統(tǒng)不能夠確定局部區(qū)域是否存在對稱性?；谝陨犀F(xiàn)象，系統(tǒng)能夠開啟激光雷達(dá)功能，根據(jù)數(shù)據(jù)的排列方式假定出一個(gè)虛擬的環(huán)境，并在不同方向予以試探。每觸碰到一個(gè)障礙物，系統(tǒng)都會(huì)沿著原路徑返回，并將此種情況否定。同時(shí)，對下屬的子目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，不斷切換搜索的相應(yīng)范圍，根據(jù)攝像頭中自帶的感應(yīng)器進(jìn)行滾動(dòng)式循環(huán)，并將人工受力的方向作為著重分析點(diǎn)。如果某一特定區(qū)域都機(jī)器人產(chǎn)生了“吸引力”，則說明運(yùn)動(dòng)的過程是正確并具體的。從自動(dòng)導(dǎo)航的角度來講，主要從順序性的規(guī)范方式入手，在自帶的場景預(yù)測傳感中心進(jìn)行子目標(biāo)設(shè)定，沿著更新窗口進(jìn)行滾動(dòng)，并在計(jì)算的整體數(shù)值上對結(jié)果進(jìn)行反饋，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化導(dǎo)航的目的。

2.3 室內(nèi)環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航應(yīng)用

現(xiàn)代化的導(dǎo)航方式不僅局限在某一區(qū)域，它能夠?qū)崿F(xiàn)全面化覆蓋，并在室內(nèi)產(chǎn)生相對性影響。首先，系統(tǒng)根據(jù)真實(shí)的計(jì)算結(jié)果搭建管理平臺(tái)，利用內(nèi)部的無限太網(wǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)信號的傳遞與任務(wù)的接收。無線路由器可以對特定的區(qū)域進(jìn)行選擇，并通過無限顯卡與機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)系。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)通信的功能，可以按照監(jiān)控室中所形成的指令進(jìn)行具體實(shí)施。為了驗(yàn)證這種方法的可靠性。我們可以將移動(dòng)機(jī)器人放在一個(gè)封閉的空間內(nèi)，在走廊的兩端各設(shè)置一個(gè)空紙箱。結(jié)果表明：雖然它是在未知的環(huán)境下，但可以在一定距離中設(shè)置行走角度，并根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部所提供的運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)的避開障礙物，實(shí)現(xiàn)距離的移動(dòng)，達(dá)到其所設(shè)置的實(shí)際地點(diǎn)。

3 結(jié)語

綜上所述，本文主要從兩方面入手。首先，分析了移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航控制理論。接著，對機(jī)器人的控制與實(shí)際導(dǎo)航方式進(jìn)行研究。從而得出：在對移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)該將結(jié)構(gòu)設(shè)定、虛擬環(huán)境模擬、路徑規(guī)劃等內(nèi)容融合到一起，通過尋找其中的聯(lián)系與問題互交找出實(shí)際答案，為我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

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