基于粗糙集理論的移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航研究.pdf

1、移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航理論與技術(shù)一直是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)問題。通過全面了解和分析國內(nèi)外移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀，總結(jié)了移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航課題中客觀存在的不確定性、導(dǎo)航過程的自主性和導(dǎo)航知識(shí)的可學(xué)習(xí)性三個(gè)基本特征。為此引入了在不確定性知識(shí)獲取領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢的粗糙集理論，以涉及的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)化環(huán)境為背景基礎(chǔ)，建立一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人基本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究自主導(dǎo)航中環(huán)境感知、行為決策、知識(shí)學(xué)習(xí)及多機(jī)器人協(xié)作等方面的相關(guān)策略與實(shí)現(xiàn)算法。具體包括如下

2、幾個(gè)方面的內(nèi)容：
　　首先，研究建立了基于粗糙集理論的導(dǎo)航框架模型。分析了粗糙集中近似算子和屬性約簡等基本理論，設(shè)計(jì)了基于知識(shí)的機(jī)器人導(dǎo)航軟件體系結(jié)構(gòu)，研究了實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)涉及的粗糙集理論中基本算法，確定了基于所建立的模型實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航需要解決的初始導(dǎo)航知識(shí)獲取途徑、導(dǎo)航知識(shí)的完善算法及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建立等基本問題。
　　其次，具體研究了基于粗糙集理論框架的自主導(dǎo)航知識(shí)獲取方法。一方面分析了動(dòng)態(tài)自主知識(shí)獲取問題中的決策表動(dòng)態(tài)約簡問題，確定了

3、在獲得基本最小規(guī)則集后動(dòng)態(tài)增加或減少規(guī)則的算法。另一方面針對基于粗糙集理論實(shí)現(xiàn)機(jī)器人導(dǎo)航難于獲取初始數(shù)據(jù)源的問題，提出了一種基于有限狀態(tài)粗糙集策略獲得粗糙集原始信息表的方法。該方法提取有限狀態(tài)機(jī)中的格局轉(zhuǎn)換關(guān)系，形成粗糙集決策信息系統(tǒng)中的規(guī)則樣例，采用屬性約簡與規(guī)則提取算法獲得導(dǎo)航知識(shí)。并針對動(dòng)態(tài)多目標(biāo)環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人視覺導(dǎo)航問題，研究了有限狀態(tài)粗糙集方法的實(shí)現(xiàn)過程，進(jìn)行了可行性和有效性實(shí)驗(yàn)。
　　第三，研究了提高機(jī)器人環(huán)境感知能

4、力的有關(guān)問題。設(shè)計(jì)了一種移動(dòng)機(jī)器人感知信息獲取模型，研究開發(fā)了雙目異構(gòu)視覺系統(tǒng)(TIVS：Two Iso-Vision System)，分析了TIVS的局部定位模型、雙目信息融合方法，重點(diǎn)研究了基于TIVS的Monte Carlo定位算法，以解決機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中同時(shí)觀測較大視野范圍內(nèi)多個(gè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的問題。
　　第四，討論了基于 TIVS系統(tǒng)的雙輪差速移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的具體問題。設(shè)計(jì)了導(dǎo)航行為分層實(shí)現(xiàn)策略，確定了機(jī)器人行為實(shí)現(xiàn)的兩

5、種基本控制方法，并深入研究了基于有限狀態(tài)粗糙集方法的最小避障規(guī)則集的獲取和基于導(dǎo)航?jīng)Q策表的一種導(dǎo)航協(xié)作實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)了角色狀態(tài)值參量，研究了分布式環(huán)境下動(dòng)態(tài)計(jì)算決策向量協(xié)作屬性值問題，有效實(shí)現(xiàn)了基于知識(shí)的導(dǎo)航協(xié)作。
　　最后，介紹了所開發(fā)的自主導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)ANES。對ANES的總體結(jié)構(gòu)、硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，開發(fā)了用于機(jī)器人足球比賽和導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)的實(shí)際機(jī)器人系統(tǒng)，基于粗糙集理論算法建立了導(dǎo)航知識(shí)庫。通過實(shí)驗(yàn)和多次參賽實(shí)踐不