基于人工势场的室内机器人路径规划系统开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究目的及意义

随着科技创新的进一步发展，当今世界已逐渐成为了多学科、多文化高度融合的世界，不同的领域交织碰撞在一起，比如人工智能、大数据、机器学习、机器人等。其中，机器人代表着现阶段机电一体化的最高研究成果，包含了信息技术、传感器技术、控制技术、通信技术和机器人技术等多个学科^[1-2]。这些变化的产生与技术的融合使得机器人研究领域得到持续性的突破与革新，极大地提升了机器人的智能化程度，使得机器人在工业制造、物流运输、医疗卫生与航空航天等领域也有了越来越普遍的应用^[3]。近几年世界各国在机器人领域的博弈中也日趋激烈，机器人技术也逐渐成为衡量世界各国科技水平的一个重要因素。

从1920年karel capek在小说中首次根据robota(捷克文，“劳役，苦工”)与robotnik（波兰文，“工人”）创造了“机器人”，到2002年丹麦的irobot公司推出可主动避障并自动设计前进路线的roomba吸尘器机器人^[4]，前后几十年的时间内，机器人领域的发展已经有了翻天覆地的变化。经过几十年的发展，出现了多种类型的机器人，根据移动方式可划分为：履带式机器人、轮式机器人等类型；根据工作环境可分为：室外、室内机器人；按功能和用途来分，可分为：医疗机器人、服务机器人和工业机器人等^[5]。机器人被广泛地应用到多种领域中，负责协助或独立完成一些工作，进而降低了人工工作强度、加快了生产效率，把人们从枯燥、甚至一些危险的工作中解放出来。

随着机器人商业化的进展，扫地机器人等家用或商用服务机器人也逐渐进入普通大众的视野，使得室内机器人与人们的生活联系日益紧密，进而行业对机器人自主导航技术的要求也越来越高，需求之一便是路径规划。路径规划指机器人能够以一定的指标（能量消耗较少、路径最短等）从起始位置规避障碍物并到达目标位置的过程，是机器人实现自主路径导航的一个重要指标^[6]。路径规划主要涉及到两个问题，一个是利用传感器采集得到机器人工作环境信息从而生成路径规划地图，另一个是利用某种算法寻找一条从起始状态到目标状态的最优或近似最优的无碰撞路径^[7-8]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容

随着机器人技术的进一步发展，机器人在国防军事、物流运输、医疗卫生与生活服务等领域的运用越来越广泛，机器人技术与人们生活的联系也日益紧密，进而对机器人路径规划技术的要求也越来越高。本文立足当下机器人自主路径导航的研究热点，主要研究内容为：

（1）对机器人的定义和发展、研究的目的和意义、国内外研究现状、机器人路径规划方法等进行探究学习；

（2）构建机器人路径规划的环境模型，在静态障碍物环境下，利用激光雷达传感器及人工测量辅助得到机器人所处环境的全局静态环境信息，进行三维建模，进而利用栅格法生成路径规划地图；

3. 研究计划与安排

（1）第1周—第3周：进行英文翻译、文献阅读报告及开题报告，总结归纳国内外机器人路径规划地图生成方法及路径规划算法的研究现状。

（2）第4周—第5周：使用激光测距传感器采集室内环境信息，进行三维建模，并生成路径规划地图。

（3）第6周—第8周：熟悉并掌握人工势场法与a*算法基本原理，同步学习matlab仿真软件。

4. 参考文献（12篇以上）

1. 谭民，王硕.机器人技术研究进展[j].自动化学报，2013，39(7)：963-972.

2. smith a, anderson j. ai, robotics, fand the futureof jobs[r]. washington, d. c: pew research center, 2014.

3. 李人厚译.自主机器人导论[m].西安：西安交通大学出版社，2006：25-60.

4. 陈田田.基于改进人工势场法的室内机器人路径规划研究[d].郑州：郑州大学,2019.

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