改进人工势场的手术机器人位姿规划

运动避障与路径规划是手术机器人自动化手术中重要的技术环节,为机器人手术提供了良好的术中安全性及准确性.本研究针对上述两关键技术,提出改进人工势场的手术机器人位姿规划算法,首先,通过对引力函数进行改进,在不求取运动学逆解的情况下,能够准确驱动机械臂到达指定位姿;接着,利用快速凸包算法将障碍物凸体化,通过Gilbert Johnson Keerthi (GJK)算法计算障碍物与机械臂连杆等效圆柱面之间的最近距离,使避障距离更加准确;然后,通过自适应步长,使机械臂运动更加平稳快速;最后,引入动态引力常数,使机械臂具有逃离局部极小值的能力.实验结果表明,本研究能够让机器人在避障情况下平稳快速到达规划位姿,并在陷入局部极小值时逃逸,为未来医疗机器人在自动化手术方面提供了新思路.     

基于改进人工势场法的移动机器人路径规划

基于传统人工势场法的机器人路径规划存在障碍物附近目标不可达和局部极小点的问题。在研究该问题产生原因的基础上,提出了一种基于改进人工势场法的移动机器人路径规划算法。该算法在斥力函数中引入了机器人和目标点之间的距离,在极小点附近自主建立虚拟目标牵引点并隔离原有目标点,解决了传统人工势场法的局部极小点问题,使机器人到达了目标点。仿真结果说明了改进后算法的有效性。     

基于模糊改进人工势场法的机器人避障方法研究

在内部密封、狭窄、多障碍的船舱环境中,障碍物的分布具有随机性和不确定性,对于移动机器人的避障方法而言,传统人工势场法存在目标不可达、局部极小值等问题.设计了一种基于模糊逻辑的改进人工势场法,在避障算法的局部极小值附近,基于模糊逻辑给予移动机器人辅助控制力,帮助机器人逃离局部极小值点,避免机器人在避障过程中陷入局部极小值点的问题,并且优化路径.仿真实验表明:在多障碍复杂环境下,该算法能实现机器人实时、安全的避障.     

基于动态模糊人工势场法的移动机器人路径规划

传统人工势场法在路径规划中存在局部极小值问题,而且不能满足动态环境中移动机器人路径规划对实时性、安全性和可达性的要求.针对传统人工势场法存在的问题,通过引入速度矢量,改势场力函数,并与模糊控制方法相结合,实时调节斥力势场系数,克服人工势场法的缺陷.在MATLAB平台中验证了方法的有效性,实验结果表明,该方法优于人工势场法模型的路径规划.     

改进的人工势场在智能餐厅服务型机器人上应用的研究

人工势场是一种常用的机器人路径规划和避障方法,然而在智能餐厅服务型机器人的应用中,存在一些问题和挑战。在此研究了改进的人工势场在智能餐厅服务型机器人上的应用。传统人工势场在路径规划和避障方面存在局部极小值等的缺点,为了克服这些问题,引入不同的算法来调节势场的作用范围。通过对比规划,改进的势场方法在智能餐厅场景下表现出更好的稳定性、收敛性和适应性。     

基于改进人工势场的AGV路径规划算法

在老旧仓库中使用传统人工势场算法进行路径规划时, 原本出现频率极低的与远目标端障碍物相撞、目标点不可达、局部极小值等缺陷出现的频率极大提高. 为提升人工势场算法寻径的成功率, 本文提出了改进人工势场算法, 对上述3种缺陷进行了修正, 并使用Matlab模拟仿真验证了算法的有效性. 在改进人工势场算法中, 通过对引力与斥...     

动态环境下基于人工势场引导的RRT路径规划算法

现有的大多数动态RRT路径规划算法不能使规划的路径远离障碍物,这有可能导致机器人没有足够的避障时间。针对此问题,提出了一种利用人工势场引导快速扩展随机树向目标区域生长并远离障碍物的改进RRT算法APFG-RRT(artificial potential field guided RRT)。为了进一步加快算法的收敛速度、加速算法跳出局部极小值,引入了一种按自适应概率选择目标点作为采样点的策略;针对动态环境采用全局规划结合局部重新规划的方法以提高算法的实时性。仿真实验表明,相比于初始RRT和Goal-bias RRT,APFG-RRT的计算效率更高,内存需求更小,并且搜索到的路径能够有效地远离障碍物,提高了动态路径规划的成功率。     

基于人工势场法的AUV避障算法研究综述

简述了人工势场法的概念,分析了人工势场法的引力和斥力势场模型,指出了人工势场法在应用中存在的水下复杂环境问题、目标不可达问题、局部极小值问题;从考虑复杂障碍物因素和海流因素两方面阐述了水下复杂环境问题的研究现状,从对势场函数进行重新定义或对斥力势场函数进行修正两方面阐述了目标不可达问题的研究现状,从设置虚拟引导点等方面阐述了局部极小值问题的研究现状,并且阐述了几种组合避障算法的研究现状;从构造更完善的势场函数模型、考虑复杂海流因素影响、算法融合以及在算法中加入路径评价机制等方面对人工势场法未来的发展方向进行了展望。     

基于APF的AGV局部路径规划改进算法研究

针对原有人工势场法（artificial potential field,APF）在局部路径规划时的避障效果不良问题,提出一种APF-PSO的改进算法改善原算法优化路径规划的效果。将速度势场引入位置势场中使AGV（automated guided vehicle）动态避开不同速度的移动障碍物;当算法陷入局部最小值时,采取PSO（particle swarm optimization）算法,并对其惯性权重因子和学习因子做出调整,通过三次样条曲线插值来平滑路径,使得AGV找到最短路径。结果表明APF-PSO改进算法可根据障碍物速度不同动态避障,解决了APF算法运算中避障效果不良问题。     

基于改进人工势场法的移动机器人路径规划

针对势场法的障碍物附近目标不可达的问题,改进了传统人工势场斥力函数,确保目标点是机器人的势场全局最小点,使得机器人顺利到达目标点。针对势场法的局部最小值问题,提出了一种连接局部最小值区域障碍物的方法,建立了机器人离散传感器模型,使机器人快速走出局部最小值区域。改进后的人工势场法适用于复杂室内环境下的机器人路径规划。仿真结果证明了该方法的有效性。     

复杂环境中基于人工势场优化算法的最优路径规划

本文提出一种基于人工势场优化的路径规划方法.把人工势场的路径规划结果作为先验知识，对蚁群算法进行初始化，提高了蚁群算法的优化效率;另一方面，机器人的路径也同时得到优化，克服了人工势场法的局部极小问题．仿真实验结果表明，该方法在复杂环境中能有效地实现最优路径规划；并提供了一种把传统规划方法和统计优化相结合、提高规划效率的可行思路．     

A hybrid formation path planning based on A* and multi-target improved artificial potential field algorithm in the 2D random environments

Traditional artificial potential field algorithm for multi-robot formation is easy to fall into local minima and the path planning efficiency is low. To this end, we propose a new method of a hybrid formation path planning based on A* and multi-target improved artificial potential field algorithm (A*-MTIAPF) that provides the optimal collision free path and improves the efficiency for multi-robot formation path planning. The A*-MTIAPF algorithm integrates global path planning and local path planning. The novelties include combining A* with the improved artificial potential field algorithm and dividing multiple virtual sub-target points on the global optimal path of A* planning. Firstly, A* algorithm is used to complete the global path planning. Secondly, the improved artificial potential field algorithm which takes multiple sub-target points divided by the global optimal path as virtual target points is used to complete local path planning by switching target points. In addition, we propose a double priority judgment control algorithm (DPJC) to solve the collision problem among multiple robots by setting double priority to determine the movement order of each robot. Then, a new experimental method is designed by using the randomly generated 2D maps to verify the effectiveness of the proposed method. The results show that our method has advantages that it solves the local minimum problem, improves the efficiency of formation path planning and avoids collision among multiple robots over existing methods.     

一种基于量子染色体变异的移动机器人路径规划融合算法

为了解决机器人路径规划中的“局部最小”问题,提出了一种基于量子染色体变异的人工势场法和栅格法相融合的移动机器人路径规划算法.首先,对人工势场的斥力场进行改进,然后利用融合的人工势场法和栅格法对路径进行规划,产生初始化种群,最后利用量子比特对染色体编码、利用量子染色体变异对种群个体进行更新,完成最佳路径搜索.仿真实验表明,本文提出的融合算法能够有效地避开障碍物,稳定地产生移动机器人的最佳规划路径,提高了种群质量和收敛速度,适合于求解复杂优化问题,达到了预期效果.     

移动机器人动态人工势场路径规划方法研究

针对传统人工势场法在多障碍物环境中进行路径规划存在局部极小值,以及动态环境中移动机器人无法实时路径规划等问题,提出一种动态模糊控制的改进人工势场法,通过在势场力函数中引入速度矢量项,并采用模糊控制方法实时调节斥力场系数,从而实现在动态多障碍物的环境下机器人快速、实时、自适应的路径规划.仿真结果表明,该方法有效可行,在典型位置关系及特殊运动状态下均可获得良好的路径规划性能.

Abstract：

For traditional artificial potential field (APF) method,the local minima problem exists and can not satisfy the requirement of real-time for path planning of mobile robots in the multi-obstacle dynamic environment. A new APF method based on dynamic fuzzy control is proposed in this paper. The potential field force function is modified by introducing the velocity vector. The coefficients of potential field of repulsive force are adjusted by fuzzy control method. A fast real-time self-adaptive path planning method with dynamic multi-obstacle is realized. The simulation results show that the method is effective and feasible, and can get much better performance of path planning in typical location relationship and special motion relationship.     

基于人工势场法的移动机器人路径规划研究

人工势场法是机器人局部路径规划常用的一种方法,具有反应速度快、计算量小和实时性等优点。但这种方法容易产生局部极点,导致机器人停止移动,达不到目标。文章利用传统的人工势场法对移动机器人避障行为进行了仿真实验并成功地规划出一条光滑路径,并对人工势场法研究现状进行了分析讨论。     

Deadlock-free motion planning using the Laplace potential field

In this paper we introduce a motion planning method which uses an artificial potential field obtained by solving Laplace's differential equation. A potential field based on Laplace's equation has no minimal point; therefore, path planning is performed without falling into local minima. Furthermore, we propose an application of the motion planning method for recursive motion planning in an uncertain environment. We illustrate the robot motion generated by the proposed method with simulation examples.     

面向未知地图的六足机器人路径规划算法

针对移动机器人路径规划中无法准确得知全局地图的问题,提出了一种基于模糊规则和人工势场法的局部路径规划算法。首先,利用测距组与模糊规则,进行障碍物的形状分类,构建局部地图;其次,在人工势场法中引入了一种修正的斥力函数,基于局部地图,利用人工势场法进行局部路径规划;最后,随着机器人的运动,设置时间断点,以减少路径震荡。针对随机障碍物和凹凸障碍物的地图,分别采用传统人工势场法和改进的人工势场法进行仿真,其结果表明：在遇到随机障碍物时,相比传统人工势场法,改进的人工势场法能够显著减少与障碍物的碰撞;在遇到凹凸障碍物时,改进的人工势场法能够很好地完成路径规划的目标。所提算法对地形变化适应能力强,能够实现在未知地图下的六足机器人路径规划。     

基于虚拟势场法的全局收敛视觉路径规划

作为一种局部路径规划策略, 虚拟势场法由于其简单易用, 效果良好而在机器人领域得到了广泛的应用. 但是这种方法的缺点是在路径规划的过程中, 机器人经常会陷入局部极小. 本文提出了一种基于虚拟势场法的视觉路径规划策略, 可以保证图像中的特征点在伺服过程中始终保持在摄像机的视野之内, 并且通过稳定性分析证明了该策略具有全局收敛性. 另外, 本文进一步探讨了视觉伺服中另一个常见问题: 如何在规划过程中得到较好的三维运动轨迹. 最后用仿真结果验证了本文所提出的路径规划策略具有良好的性能.     

一种新基于混沌优化算法的机器人路径规划方法

提出了一种基于混沌优化算法的机器人路径规划方法,即混沌人工势场法，该方法能够在动态环境下实时、有效地产生避碰局部最优路径,避免了传统人工势场法容易陷入局部最优和在比较靠近的两个障碍物之间找不到通道的缺陷.仿真试验表明:提出的方法具有较强的路径规划能力，克服了传统人工势场法的缺点,具有较强的实用性.     

固定翼无人机在线航迹规划方法

在不确定环境下,针对固定翼无人机（UAV）航迹规划问题,提出了一种基于滚动时域控制的模糊粒子群优化算法与改进人工势场法相结合的在线航迹规划方法。首先,对凸多边形障碍物进行最小外接圆拟合;然后,根据静态威胁,将规划问题转化为一系列时域窗口内的在线子问题,利用模糊粒子群算法实时优化求解以实现静态避障;当环境中存在动态威胁时,使用改进人工势场法对航迹进行调整完成动态避障。为了满足固定翼无人机的动态约束,同时提出固定翼UAV的碰撞检测法,可提前判断障碍物是否为真正威胁源,以此减少转弯频率和幅度,降低飞行代价。仿真实验结果表明,所提方法在固定翼UAV航迹规划中能有效提升规划速度、稳定性与实时避障能力,且克服了传统人工势场容易陷入局部最优的缺点。