REF：基于SLAM的智能图书管理机器人路径规划研究

1. 机器人模型

在图书馆等室内平坦且空间有限的环境中，机器人采用轮式移动系统。轮式移动机器人设计成熟，控制简便，适合图书馆环境。该类型机器人通常采用差动轮驱动，具备易于操作、噪音低、载重能力强等优点。其底盘结构由 2组动力轮和从动轮构成，通过步进电机进行驱动。动力轮通过法兰联轴器与电机相连，可精确反馈车轮位移和速度，进而控制机器人的移动速度与位置。从动轮则采用万向轮，通过对称布局确保底盘稳定性。在导航系统方面，机器人配备激光雷达传感器，传感器安装在移动机构上，用于实现精确的导航。

双轮差速驱动通过 2 个步进电机分别驱动 2 个万向轮，实现机器人的移动和转向，前后各安装一个万向轮，以提高其稳定性。通过调整驱动轮的速度，可实现机器人的直线运动和原地转动，当 2 个驱动轮以相同的正向速度旋转时，机器人将沿直线前进，当 2 个驱动轮以相反方向旋转时，机器人能实现原地转弯，增强其在狭窄室内环境中的灵活性和机动性。

2. 路径规划算法

动态窗口法（DWA）是一种局部路径规划算法，通过采样移动物体的速度并模拟轨迹，以确定物体的线速度和角速度。

在速度采样阶段考虑机器人的最大速度限制、最小速度限制以及最大加速度限制，这些限制会影响机器人的速度采样区间，并综合考虑各模拟轨迹的距离、时间与安全标准等因素并进行评分，选取分数最高的轨迹指导机器人的线速度和角速度，在评估过程中，需采用归一化处理，以确保每个评分项的权重在合理范围内，归一化不仅可以平衡不同评分项的重要性，还可以平滑处理评价函数，从而提高其连续性。

3. 避障

在现实图书馆中，包括书架静态障碍物以及动态变化的障碍物，读者作为机器人的动态障碍物增加了导航环境复杂度。为增强机器人的动态避障导航效果，在图书馆模型中设置动态障碍物。当机器人前方出现移动障碍物时，机器人会改变移动路径，并按新规划路径移动。当障碍物移动时，机器人则会重新计算最优路径，最终安全避开障碍物。