蚁群算法在移动机器人路径规划中的仿真研究

研究移动机器人路径规划问题.移动机器人路径规划是一个多目标优化问题,由于避障定位要求,传统机器人路径规划优化方法存在算法复杂、搜索空间大和效率低等难题,难以获得最优解.为了提高机器路径规划的效率和定位准确性,提出了一种蚁群算法的移动机器人路径规划方法.蚁群算法的路径规划方法首先采用栅格法对机器人工作环境进行建模,然后将机器人出发点作为蚁巢位置,路径规划最终目标点作为蚁群食物源,通过蚂蚁间相互协作找到-条避开障碍物的最优机器人移动路径.仿真实验结果证明,蚁群算法的路径规划方法提高了机器人路径规划的效率,能在最短时间找到机器人路径规划最优解,且能安全避开障碍物,为优化设计提供了依据.     

基于细胞自动机的移动机器人路径规划算法

针对移动机器人全局最优路径规划问题,提出一种基于细胞自动机的路径规划算法.该算法首先将移动机器人的起点、目标点和空间障碍物定义为一组离散的细胞状态,建立环境的细胞自动机模型;然后由机器人移动的曼哈顿距离设计演化规则;最后根据演化后的细胞状态搜索最优路径.对简单和复杂环境下的机器人路径规划问题进行了仿真实验,实验结果验证了该算法的有效性.     

粒子群优化的移动机器人路径规划算法

针对移动机器人在复杂环境下采用传统方法路径规划收敛速度慢和局部最优问题,提出了斥力场下粒子群优化（PSO）的移动机器人路径规划算法。首先采用栅格法对机器人的移动路径进行初步规划,并将栅格法得到的初步路径作为粒子的初始种群,根据障碍物的不同形状和尺寸以及障碍物所占的地图总面积确定栅格粒度的大小,进而对规划路径进行数学建模;然后根据粒子之间的相互协作实现对粒子位置和速度的不断更新;最后采用障碍物斥力势场构造高安全性适应度函数,从而得到一条机器人从初始位置到目标的最优路径。利用Matlab平台对所提算法进行仿真,结果表明,该算法可以实现复杂环境下路径寻优和安全避障;同时还通过对比实验验证了算法收敛速度快,能解决局部最优问题。     

模糊控制在移动机器人路径规划中的应用

针对移动机器人最优路径规划问题,设计了一种模糊智能控制方法。利用超声波传感器对机器人周围环境进行探测,得到关于障碍物和目标的信息。通过设计模糊控制器,把得到的障碍与目标位置信息模糊化,建立模糊规则并解模糊最终使机器人可以很好地避障,并且解决了模糊算法存在的死锁问题,从而实现了移动机器人的路径规划。仿真实验结果表明了模糊算法优于人工势场法,具有有效性和可行性。     

移动机器人路径规划的仿真研究

研究移动机器人路径优化问题,由于移动机器人寻优中存在定位稳定性和避障准确性问题,机器人路径规划不仅找到一条无碰撞、安全的移动机器人路径,而且要求路径尽可能最短。传统单一栅格法和遗传算法搜索最优路径效率低,难以全局最优路径。为了获得机器人全局最优路径,提出一种栅格法和混沌遗传算法相融合的移动机器人路径规划方法。首先采用栅格法对移动路径进行规划,作为遗传算法的初始种群,采用遗传算法进一步寻找最优路径。最后对移动机器人路径规划进行仿真,结果表明,混合算法可以很好地避免障碍物,快速找到一条机器人最优移动路径,十分适合于复杂环境路径规划。     

基于智能路径规划算法的移动机器人系统设计

提出了移动机器人的一种全局路径规划与局部路径规划相结合的新型算法.在以TMS320LS2407A为核心处理器设计的移动机器人平台上,研究移动机器人智能路径规划的算法问题并予以实现.上位机规划机器人的最优路径,并通过与机器人无线通信,发送路径信息,实时接收机器人方位信息.上位机通过操作应用程序对机器人进行监控.机器人能够自主计算轨迹并准确跟踪路径,检测到障碍物后,智能地重新规划路径,避开障碍物到达目的地.实验结果表明:该方法能有效实现机器人的最佳行走路线规划.     

动态不确定环境下移动机器人的在线实时路径规划

提出一种基于极坐标空间的、以机器人期望运动方向角为路径优化指标的动态不确定环境下移动机器人的在线实时路径规划方法。该法通过机器人的传感器系统,实时探测局部环境信息,在每一采样时刻,机器人首先对视野内的动态障碍物的位置进行采样,然后根据所采样的位置信息,利用自回归模型预测出下一采样时刻动态障碍物的位置,再将预测位置上的动态障碍物当作静态障碍物来处理,然后对其规划避碰路径,从而将动态路径规划转化为静态路径规划。仿真和实验结果验证了该方法有效可行,具有实时规划性和良好的避障能力。     

基于障碍物运动预测的移动机器人路径规划

针对移动机器人局部动态避障路径规划问题开展优化研究。基于动态障碍物当前历史位置轨迹,提出动态障碍物运动趋势预测算法。在移动机器人的动态避障路径规划过程中,考虑障碍物当前的位置,评估动态障碍物的移动轨迹;提出改进的D*Lite路径规划算法,大幅提升机器人动态避障算法的效率与安全性。搭建仿真验证环境,给出典型的单动态障碍物、多动态障碍物场景,对比验证了避障路径规划算法的有效性。     

融合改进A*算法和Morphin算法的移动机器人动态路径规划

在动态未知环境下对机器人进行路径规划,传统A*算法可能出现碰撞或者路径规划失败问题。为了满足移动机器人全局路径规划最优和实时避障的需求,提出一种改进A*算法与Morphin搜索树算法相结合的动态路径规划方法。首先通过改进A*算法减少路径规划过程中关键节点的选取,在规划出一条全局较优路径的同时对路径平滑处理。然后基于移动机器人传感器采集的局部信息,利用Morphin搜索树算法对全局路径进行动态的局部规划,确保更好的全局路径的基础上,实时避开障碍物行驶到目标点。MATLAB仿真实验结果表明,提出的动态路径规划方法在时间和路径上得到提升,在优化全局路径规划的基础上修正局部路径,实现动态避障提高机器人达到目标点的效率。     

融合动态障碍物运动信息的路径规划算法

传统的路径规划算法只能在障碍物不发生位置变化的环境中计算最优路径。但是随着机器人在商场、医院、银行等动态环境下的普及,传统的路径规划算法容易与动态障碍物发生碰撞等危险。因此,关于随机动态障碍物条件下的机器人路径规划算法需要得到进一步改善。为了解决在动态环境下的机器人路径规划问题,提出了一种融合机器人与障碍物运动信息的改进动态窗口法来解决机器人在动态环境下的局部路径规划问题,并且与优化A*算法相结合来实现全局最优路径规划。主要内容体现为：在全局路径规划上,采用优化A*算法求解最优路径。在局部路径规划上,以动态障碍物的速度作为先验信息,通过对传统动态窗口法的评价函数进行扩展,实现机器人在动态环境下的自主智能避障。实验证明,该算法可以实现基于全局最优路径的实时动态避障,具体表现为可以在不干涉动态障碍物的条件下减少碰撞风险、做出智能避障且路径更加平滑、长度更短、行驶速度更快。     

一种基于声纳信息的移动机器人实时导航方法

提出了一种基于声纳信息的移动机器人实时导航方法。首先建立声纳感知数据向地图映射的概率模型,将声纳感知到的环境信息以基于栅格的概率值进行表示,并利用D-S证据理论对其进行数据融合,得到机器人的局部环境。在此基础上,采用基于滚动窗口的方法进行移动机器人路径规划,最终实现实时导航。试验结果表明该方法是可行和有效的。     

未知环境中移动机器人实时导航与避障的分层模糊控制

为了解决单模糊控制器的“规则库爆炸”问题,设计了一种分层的模糊控制器,用于指导移动机器人通过未知环境到达指定的目标点．控制器根据8个超声传感器的信息和目标相对于机器人的方位确定机器人的运动．首先,每个超声传感器的信息被输入到危险度模糊控制器（DFC）中,产生关于周围环境中障碍物危险度的模糊向量．这些模糊向量经过融合与归一化处理后分别输入到上层的速度模糊控制器（VFC）和角速度模糊控制器（RFC）的推理机中．VFC根据目标的距离和障碍物的危险度控制机器人的前进速度．RFC根据目标的方向和障碍物的危险度控制机器人的转向,并采用最大隶属度法的反模糊化策略解决“对称不确定”问题．仿真与实验结果证明了所设计的模糊控制器简单而有效．     

基于模糊神经网络的移动机器人沿墙导航控制

移动机器人沿墙导航控制包含了追踪和避障两种情况,是移动机器人研究中的常见问题。它是指机器人在一定方向上沿墙运动,或者更一般意义上的沿着物体轮廓运动,并与墙保持一定距离。移动机器人利用声纳采集机器人与墙体的距离和角度信息,通过模糊神经网络将输入数据进行融合,从而判断移动机器人的位姿信息,输出左右轮速度控制其动作。实验证明此方法可以有效地保证移动机器人在安全距离内沿墙体运动。对比采用模糊神经网络前后的实验,采用后的移动机器人沿墙导航控制轨迹优于采用前,均方误差大大减小。     

Mobile robot map making using sonar

This article describes a method of producing high-resolution maps of an indoor environment with an autonomous mobile robot equipped with sonar range-finding sensors. This method is based on investigating obstacles in the near vicinity of a mobile robot. The mobile robot examines the straight line segments extracted from the sonar range data describing obstacles near the robot. The mobile robot then moves parallel to the straight line sonar segments, in close proximity to the obstacles, continually applying sonar barrier test. The sonar barrier test exploits the physical constraints of sonar data, and eliminates noisy data. This test determines whether or not a sonar line segment is a true obstacle edge or a false reflection. Low resolution sonar sensors can be used with the method described. The performance of the algorithm is demonstrated using a Denning Corp. Mobile Robot, equipped with a ring of Polaroid Corp. Ultrasonic Rangefinders.     

全局环境未知时机器人导航和避障的一种新方法

研究了全局环境未知情况下的移动机器人实时导航问题．将栅格法描述环境与基于滚动窗口的路径规划相结合，提出了一种新的移动机器人导航方法．将超声传感阵列探测到的环境信息以基于栅格的概率值进行表示，利用不确定性证据推理对其进行数据融合，得到机器人的局部环境信息；在此基础上，采用基于滚动窗口的方法进行机器人路径规划，实现机器人的实时导航．仿真与实验结果表明了该方法的有效性．     

Application of Heuristic Asymmetric Mapping for mobile robot navigation using ultrasonic sensors

In this paper, an experimental study of a navigation system that allows a mobile robot to travel in an environment about which it has no prior knowledge is described. Data from multiple ultrasonic range sensors are fused into a representation called Heuristic Asymmetric Mapping to deal with the problem of uncertainties in the raw sensory data caused mainly by the transducer's beam-opening angle and specular reflections. It features a fast data-refresh rate to handle a dynamic environment. Potential-field method is used for on-line path planning based on the constructed gridtype sonar map. The mobile robot can therefore learn to find a safe path according to its self-built sonar map. To solve the problem of local minima in conventional potential field method, a new type of potential function is formulated. This new method is simple and fast in execution using the concept from distance-transform path-finding algorithms. The developed navigation system has been tested on our experimental mobile robot to demonstrate its possible application in practical situations. Several interesting simulation and experimental results are presented.This work was supported partly by the National Science Council of Taiwan, ROC under the grant NSC-82-0422-E-009-321.     

Developing a mobile robot for transport applications in the hospital domain

We have been developing MKR (Muratec Keio Robot), an autonomous omni-directional mobile transfer robot system for hospital applications. This robot has a wagon truck to transfer luggage, important specimens, and other materials. This study proposes an obstacle collision avoidance technique for the wagon truck pulling robot which uses an omni-directional wheel system as a safe movement technology. Moreover, this paper proposes a method to reach the goal along a global path computed by path planning without colliding with static and dynamic obstacles. The method is based on virtual potential fields. Several modules with different prediction times are processed in parallel to change the robot response according to its relative velocity and position with respect to the obstacles. The virtual force calculated from each potential field is used to generate the velocity command. Some experiments were carried out to verify the performance of the proposed method. From the experimental results in a hospital it was confirmed that the robot can move along its global path, and reach the goal without colliding with static and moving obstacles.     

Workspace mapping based on multisensor information fusion using heterogeneous onboard sensors

In recent years, multiple robot systems that perform team operations have been developed. These robot systems are expected to execute complicated tasks smoothly in a given congested workspace. In this article, we propose a workspace mapping algorithm using ultrasonic stereo sonar and an image sensor in order to operate the mobile robots among obstacles. This workspace mapping algorithm involves two steps: (1) the position detection of obstacles using ultrasonic stereo sonar, and (2) the shape detection of obstacles using an image sensor. While each robot moves around in the given workspace, the two steps of the mapping algorithm are repeated and sensor data are collected. The robot measures the distance and the direction of obstacles using ultrasonic stereo sonar. The shape of obstacles is also captured using an onboard image sensor. A workspace map is created based on the sensor data accumulated from the proposed method, and successful results are also obtained through experiments.     

基于AdaBoost算法的智能轮椅避障研究

随着计算机图像处理能力和技术的发展,视觉传感器在移动机器人导航和障碍物识别中的应用越来越受到重视.将AdaBoost算法用于智能轮椅的障碍物识别,在Visual C++6.0平台下,用AdaBoost算法训练得到用于障碍物检测的强分类器,然后利用该分类器进行检测出目标障碍物,并用模糊神经网络的方法对轮椅的声纳信息,视觉...     

基于虚拟障碍物的移动机器人路径规划方法

针对城市道路环境,将全局路径规划方法和局部路径规划方法相结合,提出了基于虚拟障碍物的路径规划方法.该方法首先采用A*算法得到一条全局最优的车道路径,然后根据全局最优的路径生成虚拟障碍物,最后将虚拟障碍物与传感器探知的实际障碍物融合,采用改进的向量直方图方法进行局部路径规划.该方法不仅能够充分利用已知环境信息生成全局最优...