基于模糊势场法的移动机器人局部路径规划

针对采用传统人工势场法进行移动机器人局部路径规划时存在的局部极小点和规划路径过长等问题,提出了一种基于虚拟目标点和有限状态机的模糊势场法。构造基于人工势场的虚拟目标点法来解决局部极小点问题,在合适的位置设置虚拟目标点使机器人逃离局部极小点区域。将虚拟目标点法与模糊控制相结合,对障碍物环境进行预测,及时避障,解决机器人在复杂环境中采用虚拟目标点法规划路径时存在的路径过长问题。设计一个有限状态机来判断障碍物环境,执行算法转换策略,使改进算法适用于多种复杂环境。所设计算法在MATLAB平台上进行了仿真验证。结果表明,该算法能够使机器人逃出局部极小点、缩短规划路径。算法不仅适用于简单、离散环境,在传统算法运行困难的、复杂的环境中,例如墙型、U型和多U型障碍物环境,也能规划出可行的优化路径。     

改进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过程中易陷入势场局部最小点和陷阱区域,面对较为复杂的障碍物环绕环境也难以规划出完整路径。针对这个问题,提出了一种改进人工势场法。引入机器人前进的方向向量,对斥力的生成和计算机制进行了调整以解决其处于局部最小点情况下无法继续规划路径的问题;添加了判断机制以识别周边环境状况,当机器人处于陷阱区域等复杂环境下时设立虚拟目标点以引导其向外运动从而摆脱陷阱区域。结果表明,改进算法可以有效解决传统算法容易出现的路径规划中断情况;同时与传统算法相比,其在随机障碍物环境中的规划路径长度减少,有效提高了路径规划效率。     

基于势场栅格法的移动机器人避障路径规划

针对传统人工势场法应用于移动机器人避障路径规划存在的缺陷,建立了改进的人工势场模型,通过在障碍物的斥力势场函数中增加最小安全距离,同时考虑机器人与目标点的相对距离,成功地解决了障碍物附近目标不可达(Good Nonreachable with Obstacles Nearby GNRON)的问题。此外,针对传统人工势场法的局部极小点和障碍物附近目标不可达同时存在的问题,提出了以改进人工势场法为主,栅格法为辅的方案来实施避障,使得机器人能够尽快地脱离局部极小并成功地绕过障碍物到达目标点。采用栅格法对改进人工势场法做辅助决策,弥补了改进人工势场法的不足,使机器人能够顺利到达势场的全局最小点,提高了避障路径规划的安全性和可达性。论文利用Matlab进行了算法仿真,结果证明了所提方法的正确性和有效性。     

自动化机器人轨迹跟踪与路径规划技术研究

针对复杂环境自动化机器人的路径规划问题,采用改进的人工势场法与改进的A*算法进行路径规划寻优;同时,针对机器人轨迹跟踪控制问题,提出基于干扰观测器的自适应滑模控制算法。结果显示,与传统算法相比,改进后的A*算法的转弯角度减少了37.43%,路径长度减少了2.21%,为机器人提供了安全且平滑的路径,实现了全局路径优化。与传统人工势场法相比,采用改进后的人工势场法不仅使运行时间降低了59.13%,而且使路径长度减少了52.3%,既避免了在障碍物附近震荡,又绕过局部极小值陷阱区域。而基于干扰观测器构建的自适应滑膜控制算法,既能有效降低跟踪误差,又能有效提升机器人轨迹跟踪的收敛速度。因此,自动化机器人轨迹跟踪与路径规划技术研究的创新性,表现为既有效弥补了传统人工势场法的缺点与不足,又实现了自动化机器人轨迹跟踪在线估算最优增益。     

改进人工势场法的洗浴机器人擦洗路径规划

针对洗浴机器人末端执行器与人体直接接触擦洗的自主导航问题进行了研究,提出一种基于人体点云的改进人工势场法三维覆盖路径规划算法。首先,在传统人工势场法基础上增设障碍物引力势场,使机器人能够贴近障碍物表面向目标点移动,并且通过添加虚拟目标点的方法克服了凹陷区域产生的局部极小值问题。然后,将人体点云切段分割后投影至平面,结合改进的人工势场法完成对人体表面的覆盖路径规划。以人体模型点云为对象进行仿真实验及对比,结果表明提出算法可以快速有效地完成基于人体点云的三维覆盖擦洗路径规划。     

移动机器人动态路径规划方法的研究与实现

针对在未知动态障碍物存在且目标点移动的环境下,采用人工势场法规划路径时斥力影响半径往往大于障碍物的半径从而导致动态障碍物与机器人发生碰撞的问题,提出非完全等待策略与Morphine算法相结合的改进人工势场法动态路径规划策略。当动态障碍物与机器人发生侧面碰撞时采用非完全等待策略;当动态障碍物与机器人发生迎面碰撞时采用Morphine算法局部规划路径;同时引入滚动窗口理论提高躲避动态障碍物的精确度。通过仿真实验,与传统人工势场作对比,提出的改进算法在发生侧面碰撞时要缩短12步,在发生迎面碰撞时要缩短6步,由此可得提出改进算法在路径平滑性和规划步数方面效果更优。     

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。     

基于改进人工势场法的救灾机器人路径规划

针对矿井障碍物复杂多变、救灾机器人采用传统人工势场法进行路径规划易陷入局部极小点的问题,提出一种基于改进人工势场法的救灾机器人路径规划方法。该方法通过在引力场中加入扰动场来改变引力场函数,使救灾机器人在陷入局部极小点时自主走出局部极小点;结合障碍填充法,通过对凹障碍物进行虚拟填充,形成新的障碍物并产生相应的斥力场函数,避免救灾机器人再次陷入局部极小点。仿真及测试结果验证了该方法的可行性及有效性。     

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。     

未知环境下单目视觉移动机器人路径规划

针对室内未知环境下的避障和局部路径规划,提出了一种单目移动机器人路径规划算法,该算法通过对环境图像的自适应阈值分割,获取障碍物与地面交线轮廓点集。通过对现有几种单目测距方法的分析比较,提出一种改进的空间几何约束单目视觉测距计算方法,并依据单目测距的几何关系建立了图像坐标系与机器人坐标系的映射,绘建了一定比例的局部地图。在局部地图上通过改进的人工势场算法为机器人规划路径,改进的人工势场算法解决了传统算法目标点不可到达的问题。通过MATLAB进行仿真实验,结果表明该方法可以规划出有效合理的路径。     

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。     

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。     

改进人工势场法的移动机器人避障轨迹研究

针对传统人工势场法在多障碍物复杂环境的全局路径规划中出现的目标不可达、易陷入陷阱区域以及局部极小点问题,提出一种简化障碍物预测碰撞人工势场法（simplified obstacles and predict collision of artificial potential field method,SOPC-APF）,算法引入预测碰撞思想,在机器人未进入陷阱区域或者极小点问题前做出决策;对于多障碍物的斥力与目标点的引力产生的合力使机器人陷入震荡,提出简化障碍物,即简化为影响范围内目标点一侧的受限障碍物;针对目标不可达问题,在碰撞预测基础上,设定虚拟目标点,经改进的斥力函数引导机器人快速生成一条平滑、平稳、无碰撞的路径。通过与传统算法、改进APF算法以及改进蚁群算法的仿真对比实验表明,SOPC-APF有效解决了人工势场法不适用于多障碍物复杂环境的问题,以及传统算法容易陷入陷阱区域和局部极小点问题。     

基于多行为的移动机器人路径规划

机器人由当前点向目标点运动的过程中,所处环境经常为动态变化且未知的,这使得传统的路径规划算法对于移动机器人避障过程很难建立精确的数学模型.为此,针对环境信息完全未知的情况,为移动机器人设计一种基于模糊控制思想的多行为局部路径规划方法.该方法通过对各种行为之间进行适时合理的切换,以保证机器人安全迅速地躲避静态和动态障碍物,并利用改进的人工势场法实现对变速目标点的追踪.对于模糊避障中常见的U型陷阱问题,提出一种边界追踪的陷阱逃脱策略,使得机器人成功解除死锁状态.另外,设计一个速度模糊控制器,实现了机器人的智能行驶.最后,基于Matlab平台的仿真结果验证了所提出算法的有效性和实时性,与A*势场法的对比结果更突出了该算法的可行性.     

结合预测和模糊控制的移动机器人路径规划

针对移动机器人在复杂未知环境下运行时易出现局部死锁和路径冗余的问题,提出了一种结合预测和模糊控制的局部路径规划方法,并对规划过程中出现的问题提出了解决策略。将普通避障行为与沿墙走行为融合为一个模糊控制器,通过内部规则实现行为交替。针对模糊控制方法存在多U型障碍物的死锁问题,提出了累加转角和的判断方法,帮助机器人逃脱死锁状态。加入陷阱预测机制,使机器人能在一定程度上克服传感器测量范围的局限性,预测前方是否可行并做出决策,减少冗余路段。设计了基于人工势场法的有限状态机,解决了因障碍物对称而无法确定方向所产生的路径冗余。在MATLAB平台中进行了仿真测试,验证了所设计方法的可行性和有效性。     

六自由度检修机械臂合理路径规划系统设计

为减少六自由度检修机械臂抓取动作花费的时间,设计一种六自由度检修机械臂合理路径规划系统。此次研究的系统硬件部分主要包含主控制器、伺服电机控制器与通信模块。系统软件部分,计算出机器人与障碍物之间的距离,并计算出所有机器人上点与障碍物之间的距离,采用设置虚拟障碍物的创新型人工势场法进行路径规划,避免传统人工势场法的弊端,以保证机器人与障碍物之间有一定的安全距离,以此完成六自由度检修机械臂合理路径规划。实验结果表明,在有障碍的情况下,此次研究的六自由度检修机械臂合理路径规划系统在2~4 min之内就能够完成抓取动作,并且此次研究的系统控制后的关节曲线较为平稳,证明此次研究的六自由度检修机械臂合理路径规划系统具有较好的控制效果,满足了系统设计需求。