高爾夫收球機器人選擇的路徑及規(guī)劃研究

王 丹 高慧瑤 劉 帥

沈陽工學(xué)院 遼寧 撫順113122

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟水平的不斷提升，人們的物質(zhì)生活日益豐盈，生活環(huán)境大大改善，生活方式與娛樂方式逐漸發(fā)生轉(zhuǎn)變。高爾夫作為一種優(yōu)雅的休閑娛樂活動，廣受現(xiàn)代人們的好評與歡迎，且逐漸普及到群眾中，成為人們?nèi)粘Ｐ蓍e的主要方式之一。但是，高爾夫球場面積較大，人們?nèi)糇约簱烨騽t需要消耗大量的體力，若依靠工作人員撿球，則需要支付一定的費用，不利于提高高爾夫運動的性價比?；诖朔N情況，高爾夫收球機器人應(yīng)運而生，能夠有效解決當(dāng)下的“撿球問題”，進一步提升高爾夫球場的服務(wù)水平，同時提高經(jīng)營經(jīng)濟效益，實現(xiàn)健康發(fā)展。

一、高爾夫收球機器人選擇的路徑及其規(guī)劃

高爾夫收球機器人被定義為“智能服務(wù)機器人”，就是指應(yīng)用于高爾夫球場具有撿球、收球能力的機器人；在實際過程中，工作人員可以根據(jù)高爾夫收球機器人自帶的傳感綜合系統(tǒng)進行規(guī)劃設(shè)計，促使機器人能夠自動完成規(guī)定線路的撿球工作。關(guān)于高爾夫收球機器人的路徑規(guī)劃問題，工作人員要分別開展高爾夫收球機器人的初始點及其回歸設(shè)計，工作人員利用特定的算法繞開障礙物，提高機器人的工作效率。在這一過程中，高爾夫收球機器人需要同時具備定位系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、規(guī)劃與決策系統(tǒng)。

一般情況下，在高爾夫球場中，障礙物存在的概率較少，且需要機器人利用現(xiàn)有環(huán)境信息優(yōu)化工作效率，促使其同時滿足以下指標(biāo)：

第一，合理性。工作人員要保證機器人運行路徑的合理性，且保證任何設(shè)置的路徑對于高爾夫收球機器人而言都是可行的。

第二，完備性。若存在一條能夠從起點到終點的無障礙路徑，且通過一定的算法能夠的得到；若客觀環(huán)境中不存在這種條件，則不能夠利用算法得到。

第三，最優(yōu)性。在高爾夫收球機器人的路徑規(guī)劃過程中，工作人員要保證其在某側(cè)測度方面是最優(yōu)的，比如：時間測度、距離測度、能量消耗測度。

二、高爾夫收球機器人規(guī)劃設(shè)計

(一)明確設(shè)計要求。在高爾夫收球機器人規(guī)劃設(shè)計中，工作人員首先要明確設(shè)計要求，控制測試場地規(guī)格參數(shù)，從而優(yōu)化設(shè)計，保證高爾夫收球機器人路徑設(shè)計的目的性。舉例分析，若高爾夫球場的規(guī)格參數(shù)為200 m*500 m，且場地整體情況較為空曠，不存在環(huán)境改動與障礙物；因此，工作人員要明確記錄已知環(huán)境條件，這樣就能夠直接實現(xiàn)躲避障礙物的功能。工作人員需要同時考慮場中的球的數(shù)量變量與速度變量，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(如圖1)條件下，利用攝像頭實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時獲取與更新，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與智能化決策，隨時調(diào)整路徑方案，以此提高收球機器人的路徑運行效率，避免由于大量無效移動浪費機器人的能源。

(二)規(guī)劃控制系統(tǒng)。在高爾夫收球機器人規(guī)劃設(shè)計中，工作人員要科學(xué)合理規(guī)劃收球機器人的控制系統(tǒng)，形成有效的控制方案，實現(xiàn)對機器人路徑的規(guī)劃。在實際過程中，工作人員要結(jié)合高爾夫球場收球機器人的運行需求、功能設(shè)計與任務(wù)，全面分析收球機器人控制系統(tǒng)的整體方案，比如：利用GPS系統(tǒng)實現(xiàn)機器人的智能定位，利用電子羅盤實現(xiàn)機器人的自動導(dǎo)航，利用攝像機實現(xiàn)環(huán)境信息數(shù)據(jù)的收集與更新，利用電路傳感器完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析等。此外，在路徑規(guī)劃的過程中，工作人員利用攝像機與電子羅盤相結(jié)合，促使機器人在實行路徑任務(wù)的過程中能夠明確辨認(rèn)方向，促使機器人能夠遵循算法按照預(yù)先設(shè)計的地點前進，以此實現(xiàn)路徑任務(wù)的執(zhí)行功能。

(三)優(yōu)化控制流程。在高爾夫收球機器人規(guī)劃設(shè)計中，工作人員要優(yōu)化機器人的路徑控制流程。在機器人運行的過程中，工作人員可以將以上多種系統(tǒng)同時安裝于機器人中，促使機器人能夠利用這些系統(tǒng)實現(xiàn)對周邊圖像信息的手機，修改環(huán)境信息，明確不同環(huán)境下的路徑算法指引，同時產(chǎn)生指令傳遞給下位機，促使下位機接收上位機指令的同時完成運行活動，實現(xiàn)自動化智能控制，保證收球機器人作業(yè)的流暢性與穩(wěn)定性。此外，工作人員還可以引進路徑規(guī)劃算法，結(jié)合背包問題與數(shù)字金字塔問題，有效降低路徑規(guī)劃的復(fù)雜程度，提高路徑規(guī)劃的有效性。

圖1 高爾夫收球機器人結(jié)構(gòu)

(四)PID的實現(xiàn)。在高爾夫收球機器人規(guī)劃設(shè)計中，工作人員可以引進PID技術(shù)。在這一技術(shù)的應(yīng)用過程中，高爾夫收球機器人能夠通過GPS系統(tǒng)獲取明確的位置，將這一位置作為初始點，之后按照規(guī)劃路徑算法進行計算，得到目標(biāo)點。工作人員可以結(jié)合機器人的偏離角情況，若偏離角最大，則可以調(diào)節(jié)兩輪之間的速度，提高兩輪之間額度速度差，以此促使機器人能夠按照正確的規(guī)劃路徑形式；若偏離角較小，則可以利用PID 進行調(diào)節(jié)，控制兩輪之間的速度比，從而控制兩輪的轉(zhuǎn)速差，以此保證機器人能夠按照正常的路徑行駛。

結(jié)語

綜上所述，高爾夫收球機器人是現(xiàn)代社會特有的產(chǎn)物，具有較強的應(yīng)用價值，能夠有效促進高爾夫球場的健康發(fā)展。為了在最大程度上發(fā)揮高爾夫收球機器人的應(yīng)用價值，工作人員要明確高爾夫收球機器人的設(shè)計要求，遵循科學(xué)原則規(guī)劃機器人的控制系統(tǒng)，簡化控制流程，實現(xiàn)PID，以此全面提升高爾夫收球機器人的應(yīng)用性能。