基於牛耕式轉行運動與快速沃羅諾伊圖結合回授覆蓋式路徑規劃之避障控制系統

Abstract

本篇論文針對避障控制系統的問題提出解決方案。本文的主要貢獻包括牛耕式轉行運動與快速沃羅諾伊圖的結合(B-RV)以及具有標準傳感器融合過程的重新規劃導航系統。 B-RV是用以確定機器人的參考路徑亦為全域路徑規劃。結合牛耕式轉行運動和沃羅諾伊路線圖，機器人可以遍歷整個空間。為了使機器人具有更高的智能性，機器人將在每次運行過程中透過相似性比對來優化路徑。迴授過程使機器人更加安全。 對於所提出的導航系統，該機器人不僅能夠應對未知的障礙場景，而且能夠在理論和實作上追蹤路徑。 藉由修改過後的Bug 演算法可以重新規劃覆蓋路徑以解決未知障礙場景的問題。而機器人的定位分成，局部姿態估計和全局姿勢估計。局部姿勢估計將里程計和慣性測量的數據融合在一起，記錄在局部坐標。而全局估計，採用GPS進行全局定位。使用擴展卡爾曼濾波器進行感測器融合後，即可進行機器人控制和導航。 模擬和實驗都在機器人作業系統（ROS）下進行。模擬結果證實所提出演算法在覆蓋路徑過程中比傳統的方法更為有效。為了驗證所提出系統的效果，進行了多次實驗。在草雕和迴授並優化的路徑規劃實驗結果證實所提出的解決方案可以應用在現實世界中。