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1.2 移动机器人的路径规划与智能跟踪控制的发展过程及现状 2
1.2.1 移动机器人路径规划的发展过程及现状 . 2
1.2.2 移动机器人智能跟踪控制的发展过程及现状 . 4
1.3 本课题主要研究工作 4
2 路径规划算法设计与实现 . 6
2.1 传统路径规划算法介绍 6
2.1.1 人工势场法介绍 . 6
2.1.2 栅格地图法介绍 . 7
2.2 基于人工势场思想的栅格地图路径规划算法 8
2.2.1 基于人工势场思想的栅格地图路径规划算法特点 . 8
2.2.2 基于人工势场思想的栅格地图路径规划算法与路径生成 . 9
2.2.3 特殊障碍区域的完形处理 . 12
2.3 路径队列优化 13
2.3.1 关键路径点队列优化 . 14
2.3.2 栅格路径关键转折点的现实优化 . 15
2.4 基于人工势场思想的栅格地图路径规划算法实现 18
2.5 本章小结 19
3 智能移动机器人硬件设计 . 20
3.1 主要执行硬件简介 21
3.1.1 步进电机 . 21
3.1.2 步进电机驱动原理 . 22
3.1.3 步进电机驱动器 . 23
3.1.4 光电编码器 . 24
3.2 硬件整合 25
3.3 小结总结 26
4 移动机器人路径跟踪（位姿镇定）模糊控制器 . 27
4.1 位姿镇定控制器 27
4.1.1 位姿镇定模型建立 . 27
4.1.2 位姿镇定控制器设计 . 30
4.1.3 路径跟踪应用分析及模糊位姿镇定控制系统设计 . 31
4.2 位姿镇定控制器实际应用 35
4.3 小结总结 37
5 结论及展望 . 38
5.1 全文总结 38
5.2 展望 38
致 谢 39
参考文献. 40
1 绪论
1.1智能移动机器人的路径规划与跟踪控制研究的意义
智能移动机器人，是一个集成了计算机视觉、复合传感器、硬件驱动、过程
控制、自动控制原理与人工智能等多个领域的基础知识与最新研究成果，使得智
能移动机器人具有环境感知、动态决策与规划、控制与执行等整合而成的综合系
统。是机电一体化领域中最高成就的代表之一，也被称为当前科技发展尖端领域
之一。
移动机器人的研究始于 60 年代末期，斯坦福研究院(SRI)的 Nils Nilssen 和
Charles Rosen 等人，在1966 年至1972 年中研发出了取名 Shakey的自主移动机
器人，目的是研究应用人工智能技术，在复杂环境下机器人系统的自主推理、规
划和控制[10]
。
随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、
农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测
领域等有害与危险场合得到很好的应用[6]
。因此，移动机器人技术是各国科技发
展过程中备受关注的技术。
如何使得机器人能够完成上述工作，就需要对其行动路径与各个自由度下的
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