本科毕业论文开题报告登记表

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论文题目

基于粒子群算法的移动机器人路径规划

课题性质

Ο科研课题   Ο硬件设计与调试  Ο软硬件结合设计与调试

Ο软件设计课题   Ο方案设计   Ο其他（                     ）

课题报告内容：

一．毕业设计（论文）课题的目的、意义：

    1、机器人路径规划问题可定义为：给定机器人的出发点和目标点，在有固定或移动障碍的环境中，规划一条无碰撞的、满足某种最优准则的路径，使机器人按照该路径从出发点顺利运动到目标点。考虑到机器人在运动过程中会消耗能量、占用时间、非直线运动，可以围绕这几个方面建立最优准则，如，要求所消耗的能量最少、所用的时间最短、路径长度最短等。以FS表示无碰撞的自由空间，路径规划问题可以描述为：给定一个起始结点S和目标结点E，在FS中寻找一条连接这两点并满足某一最优准则的连续曲线。

2、根据环境是否时变（即是否含有运动障碍）可以把机器人工作环境分为静态环境和动态环境。而机器人根据对环境信息掌握的程度和障碍物的不同，移动机器人的路径规划基本上可分为以下几类：1）已知环境下的对静态障碍物的路径规划；2）未知环境下的对静态障碍物的路径规划；3）已知环境下对动态障碍物的路径规划；4）未知环境下的对动态障碍物的路径规划。另外，路径规划根据规划时是否能得到全部环境状态信息（即所有物体的位置和运动信息）又可分为基于全局信息的规划和基于局部信息的规划。

3、移动机器人的研究开始于上个世纪60年代末期，是人工智能、机器入学、仿生学、控制理论和电子技术等多种技术学科交叉的产物。随着科技的发展和社会的进步，机器人已经走出实验室，在深海勘测、汽车制造、医学科研、能源开采、军事现代化等领域中都占有着其不可取代的位置。机器人的应用越来越广，越来越深入，各应用领域对机器人的要求也越来越高，因而移动机器人的研究逐渐成为趋势，成为高新技术应用领域的热点。 目前，对于移动机器人相关技术的研究，虽然已取得了大量的成果和突破性的进展，但是在很多关键理论和实际问题上，还有待解决和完善。因此，进行移动机器人相关技术的研究，实现移动机器人的全智能化具有非常重要的现实意义。

4、综上所述，这些路径规划方法都在一定程度上解决了机器人的路径规划问题，但是，由于各种算法自身的局限，使得路径规划问题的探讨仍具魅力，新的算法也在不断地涌现与发展。而粒子群算法是基于生物界群体启发行为的一种随机搜索寻优方法，具有动态性、分布性和协同性等一些特性，采用了正反馈并行自催化机制，具有较强的鲁棒性、优良的分布计算机制、易于与其它方法结合等优点，在解决许多复杂优化问题方面已经展现出其优异的性能和巨大的发展潜力。而机器人作为一种智能体，其路径规划是指机器人按照某一性能指标搜索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，它是实现机器人控制和导航的基础之一，在很大程度上类似于蚂蚁觅食优选路径。因此，本文拟采用粒子群算法对机器人路径进行规划，期望能够很好地克服上述传统算法的不足。

二．实施方案和将要采取的技术措施，可能遇到的问题及解决的技术途径

实施方案和技术措施：本课题对已知的全局静态环境进行场景建模的基础上，将重点研究用于机器人全局路径规划的智能粒子群算法，为机器人寻找一条从给定的起始点到目标点的满足一定优化指标的无碰撞路径，并在此基础上，用Matlab软件进行仿真实验，验证算法的有效性和优良性能。

解决技术路径：

1）环境建模：采用何种方法对机器人工作环境进行建模，建立一个便于计算机进行路径规划使用的环境模型，即将机器人实际工作的物理空间抽象成算法能够处理的抽象空间；

2）路径搜索：如何应用粒子群算法编写程序，并结合信息素更新策略，以及考虑在路径搜索阶段避免陷入局部最优解等问题，更好地规划出一条无碰撞、最优路径。

三. 设计工作所涉及的相关理论知识与实验基础

机器人的研究发展迅速，应用的范围十分广泛，就目前来看，机器人的发展仍然处

于初级的阶段，需要去完成的工作很多，特别是在许多具体的环境中仍要具体问题具体分析。

机器人静态路径规划是指机器人运行的环境中，障碍物的大小、位置是固定不动的，

亦即所有的环境信息都是己知的，机器人在这样的环境中，通过规划算法找到一条从起

点到目标点的最优路径。机器人在确定已知的环境下的路径规划研究己经趋于较为成熟

的阶段，现有以下几种典型的方法，分别为构型空间法、拓扑法、栅格解耦法、自由空

间法等。

构型空间法将移动机器人视为一个质点，根据机器人形状和尺寸将障碍物进行拓展，

其全局路径规划方法较成熟的有：可视图法(V-Graph)。该方法将所有障碍物的顶点和机器人起始点及目标点用直线组合相连，要求机器人和障碍物各项点之间、目标点和障碍物各顶点之间以及各障碍物顶点与顶点之间的连线均不能穿越障碍物，即直线是“可视的”，从而产生一条路径。可视图法虽然能够求得最优路径，但缺乏灵活性，搜索时间长而且会出现组合爆炸问题。

拓扑法将规划空间分割成具有拓扑特征的子空间，根据彼此连通性建立拓扑网络，

在网络上寻找起始点到目标点的拓扑路径，最终由拓扑路径求出几何路径。拓扑法基本

思想是降维法，即将在高维几何空间中求路径的问题转化为低维拓扑空间中判别连通性

的问题。优点在于利用拓扑特征大大缩小了搜索空间。算法复杂性仅依赖于障碍物数目，

理论上是完备的。而且拓扑法通常不需要机器人的准确位置，对于位置误差也就有了更

好的鲁棒性：缺点是建立拓扑网络的过程相当复杂，特别在增加障碍物时如何有效地修正己经存在的拓扑网是有待解决的问题。下图为2种新型机器人;

导

师

意

见

四、毕业设计（论文）工作进度安排：

设计时间     设计内容

第一周     安排设计题目、明确设计内容

第二周     查阅设计资料、明确设计方案

第三周     根据粒子群算法对机器人路径进行规划

第四周     根据粒子群算法对机器人路径进行规划

第五周     根据粒子群算法对机器人路径进行规划

第六周     根据粒子群算法对机器人路径进行规划

第七周     粒子群算法建立数学模型

第八周     将粒子群算法引入到移动机器人的路径规划中

第九周     编写程序对其进行仿真实验，并分析实验结果

第十周     打印毕业设计说明书

 答辩

五、毕业论文和设计应提交的成果

1、3000字以上的相关科技英文翻译；

2、一份30页A4纸并与课题紧密相关的毕业设计报告；

3、仿真程序

签名：   2011 年  3 月 12  日