基于行为的移动机器人避障系统的设计

随着机器人应用范围的不断扩展,机器人所面临的工作环境也越来越复杂,多数是未知的、动态的和非结构化的。通过对基于行为的机器人控制技术的研究,提出了一种实用的自主移动机器人智能避障控制方案,阐述了其具体实现技术;将基于行为的控制技术融合进模糊控制的思想中,使移动机器人的行为通过运用模糊控制和基于优先度的行为决策来实现。试验证明了这一方法的有效性和实时性。     

基于行为融合的移动机器人自主避障算法

当移动机器人面临环境未知或不确定时,各个行为融合的权重随环境的变化而变化,从而导致权重无法在线调整而不能顺利到达目标点.为此,提出一种权重可在线调整的自主避障行为融合算法.用Mamdani型模糊控制器设计移动机器人自主避障过程中的基本行为;同时,提出一种基于两级BP神经网络信息融合的权重调整方法来实现各个基本行为的融合.该算法能够根据环境的变化实现各个基本行为权重的在线调整,增强自主避障控制的实时性和鲁棒性.仿真实验结果表明了该算法的有效性和可行性.     

基于遗传算法的移动机器人动态避障路径规划方法

本文提出了一种基于遗传算法的简单、有效的移动机器人实时动态避障路径规划方法.为利用遗传算法实时、稳定地进行动态路径规划,本文将复杂的二维路径编码问题简化为一维编码问题,并把路边约束、动态避障要求和最短路径要求融合成一个简单的适度函数.仿真实验表明,本文提出的动态路径规划方法可实时、稳定地产生移动机器人运动的最佳局部规划路径,且具有良好的动态避障性能.该方法也可用于智能车辆的自动导航.     

基于模糊力控制算法的移动机器人避障控制

根据机器人的末端执行器和外界环境表面接触与移动机器人避障控制的相似点,将力/位置控制成功应用到移动机器人的避障控制领域内.对新颖的移动机器人避障控制算法是通过在移动机器人和障碍物之间形成虚拟力场,且对其进行整定以使两者之间能保持期望的距离.因为机器人动力学模型和障碍物的不确定性会对避障控制性能造成影响,为避免碰撞,采用模糊PD的智能混合力/位置控制来整定机器人和障碍物精确距离的力场.通过仿真研究证明了算法的有效性,可为机器人设计提出可靠依据.     

AS-R移动机器人的动态避障与路径规划研究

针对移动机器人的动态避障和路径规划问题,以AS-R移动机器人为平台,设计了一种基于行为分析的动态避障策略。根据避障问题将移动机器人整个运行过程中的行为划分成趋向目标行为、避障行为、沿墙走行为及紧急避障4种行为,有效实现了机器人的动态避障,并解决了两种避障难题:左右摆动问题和凹型障碍物问题。利用多传感器结合检测方法,通过红外传感器减少盲区和镜面反射带来的误差,通过间隔采样或分组采样技术避免多路串扰问题;对均值滤波与中值滤波进行实验对比后,提出一种递推型中值滤波方法,从而提高了数据在空间和时间上的连续性,有效地减少了超声波随机串扰信号及其它干扰信号,进而提高了探测模块的准确度。最后设计了几种复杂环境下机器人的动态避障和路径规划,并验证了所提方法的有效性。     

基于向量场的移动机器人动态路径规划

由于简洁、高效等优点,人工势场法已应用于自主移动机器人的在线实时路径规划,并受到广泛关注.目前,人工势场法在处理静态环境、动态匀速环境下的路径规划方面已有许多成果,但是,机器人在全变速环境下进行在线实时路径规划时,会出现路径冗余、避碰不及等现象.为此,将目标关于机器人的相对加速度因素引入引力势场函数中;在斥力势场函数的基础上融合避碰预测、减速避障策略;最终,机器人能够避免大量无谓避障,当与障碍物相对速度较大时能提前避障,且快速跟踪到目标.仿真结果验证了所提方法的有效性.     

自主式微小型移动机器人的自动避障行为研究

针对多微小型移动机器人工作环境的模型未知或不确定,以及该机器人本身 的某些限制,采用基于行为的研究方法,实现了自行设计的自主式微小型移动机器人在未知 、动态环境中的自动避障,设计了该机器人的障碍物回避行为,采用了电机神经元网络选择 机器人的自动避障动作,并用增强式学习的动作评判结果在线修改网络的权值,结合机器人 的漫步行为,采用机器人的安全漫步任务验证了该方法的有效性．     

多移动机器人避障编队控制

研究了非完整移动机器人群的避障编队问题. 在次优化控制基础上, 通过对每个交互机器人求解指标函数存在耦合的优化问题提出了两种算法. 在终端惩罚项中加入了势场函数并且构造出相应的终端约束集. 关于系统稳定性及安全性进行了讨论. 仿真实例说明了所提算法的可行性.     

多移动机器人避障编队控制

研究多移动机器人避障优化设计,针对多移动机器人在障碍物环境下的编队控制问题,为了保持整体合理避障和控制系统的稳定性和安全性,提出一种多机器人避障编队控制策略.首先获得多移动机器人编队的队形结构模型,结合多机器人完成避障编队任务的问题描述;在此基础上引入导航函数采用一种避障编队控制算法,使移动机器人能以设定的队形运动到目标点,可保证编队运动过程中未与障碍物发生碰撞.进行仿真的结果证明,所提算法解决了多机器人编队与避障问题,并保证了闭环系统的稳定性与安全性,验证了设计方法的有效性.     

室内移动机器人自主避障研究

为了解决移动机器人在室内环境中的定位问题,设计航迹推测算法实时获取机器人的位姿信息。针对未知环境下的实时避障问题,提出基于多传感器信息融合的算法,用超声波、红外传感器对移动机器人周围的环境信息进行探测,进行数据融合,获得有效的距离信息。根据目标点信息和传感器测距信息,设计模糊控制器来实现实时避障行为。为了验证算法的可行性和有效性,在AS－R室内移动机器人平台上进行实物实验。实验结果表明：该方法能够引导机器人避开多个障碍物,到达目标点。     

一种新颖的基于二分法和模糊控制的移动机器人避障系统

针对超声波传感器波束角窄导致移动机器人存在避障盲区的现状,研究了一种新颖的超声波避障系统。该系统采用六个超声波传感器构成特别设计的超声波阵列,实现无盲区检测中大型移动机器人前方及左右两侧障碍物的位置,充分保障运行安全性;同时在避障算法上,采用二分法和模糊控制相结合的控制算法,简化了模糊控制规则使系统具有很好的智能性和实时性,实现了移动机器人选择最佳避障路径并对新增的动态障碍物进行避障。将此避障控制系统应用于移动机器人上,实验结果表明：在未知环境下,实现对移动机器人周边的无盲区检测,并且能够实时根据周围障碍物的动态情况选择最佳避障路径,避免了其它避障控制算法中易出现的误避障和二次避障的情况。     

基于速度变化空间的移动机器人动态避碰规划

研究了移动机器人对运动障碍物的动态避碰．针对以往速度障碍法在动态避碰应用中存在的问题,制 订了相应的改进方法．综合考虑障碍物速度的动态变化和碰撞时间、碰撞距离,在速度变化空间中,基于避碰行为 动力学原理,设计了新的优化评价函数,采用双障碍物检测窗口进行动态避碰规划．仿真实验表明,该方法有效地 克服了避碰规划的保守性,提高了机器人运动的安全性,并能实现对运动目标的及时追踪．     

基于激光雷达的移动机器人避障控制研究

以VFH算法思想为基础,提出适用于激光雷达的数据处理算法,将其作为避障算法用于移动机器人的室内自主行进过程中;根据室内避障问题的特点,通过仿真研究设计了适用于室内避障的障碍物阈值规则;在移动机器人实验中发现,受室内地面环境影响,直接将仿真程序应用到移动机器人实际操作中,会出现打滑偏航乃至不能顺利到达目标点的严重后果;为此,根据航向角变化率提出了分段降速方法,应用该方法移动机器人在起始点与目标点可以自主移动,验证了算法的有效性与实用性。     

移动机器人模糊逻辑控制系统避障研究

本文对全区域覆盖的局部路径规划，采用了一种模糊控制算法，利用模糊控制算法自身所具有的鲁棒性和基于生物学上的感知一动作的行为相结合。对于移动机器人的避障系统提出了充分接近障碍的避障策略，并对相关理论和实现方法作了深入的研究。     

人群环境中基于深度强化学习的移动机器人避障算法

为了控制移动机器人在人群密集的复杂环境中高效友好地完成避障任务,本文提出了一种人群环境中基于深度强化学习的移动机器人避障算法。首先,针对深度强化学习算法中值函数网络学习能力不足的情况,基于行人交互（crowd interaction）对值函数网络做了改进,通过行人角度网格（angel pedestrian grid）对行人之间的交互信息进行提取,并通过注意力机制（attention mechanism）提取单个行人的时序特征,学习得到当前状态与历史轨迹状态的相对重要性以及对机器人避障策略的联合影响,为之后多层感知机的学习提供先验知识;其次,依据行人空间行为（human spatial behavior）设计强化学习的奖励函数,并对机器人角度变化过大的状态进行惩罚,实现了舒适避障的要求;最后,通过仿真实验验证了人群环境中基于深度强化学习的移动机器人避障算法在人群密集的复杂环境中的可行性与有效性。     

基于BIM的建筑机器人自主路径规划及避障研究

针对建筑机器人进入施工位置全局路径规划最优且可实时避障的要求,提出了一种新型的导航地图建立方法,通过建筑物BIM（Building Information Modeling）模型建立导航地图,通过优化A*算法搜索点选取策略,以及删除了路径上的冗余转折点,缩短算法运行时间,且规划出的全局路径不会紧贴着建筑物墙壁,有效降低了机器人与墙体发生碰撞的可能性。结合动态窗口算法进行局部路径规划,在全局路径关键点之间使用动态窗口法,且加入了新的刹车判定条件,使得机器人的运动连续化。实验结果表明改进后的A*算法运行时间相较于原始算法减少50%以上,每去除一个冗余转折点路径长度减少0.4?m,路径与障碍物之间的距离比原始算法增加了2倍,结合了动态窗口法之后能够较好地避开障碍且输出的控制参数连续化。     

VFF^＋：改进的虚拟力场移动机器人避障算法

分析了虚拟力场法采用全局栅格表示环境信息具有累积误差大、信息存储量大的缺点，设计了动态栅格法表示环境信息，使用跟随机器人移动的扇形栅格表示环境信息，使用栅格中心坐标投影的方法存储多次超声测量数据信息，与势场法相结合对机器人进行导航控制。经仿真和实验验证，改进后的虚拟力场法取得了良好的应用效果。     

基于激光雷达的室外移动机器人避障与导航新方法

提出了一种应用于室外移动机器人避障与导航的新方法——角度势场法．此方法将当前视场极坐标系的二维障碍物信息转换到一维的角度域内,综合评估视场内的障碍物在角度域内产生的阻力效应,以及目标点在角度域内产生的引力效应,计算得出当前目标角度及通行函数,确定移动机器人驾驶角和速度的控制输出,做到兼顾移动机器人的安全与向目标点的行进．此方法已应用于室外移动机器人THMR V．     

基于激光测距仪的移动机器人避障新方法

针对向量场直方图（VFH）算法对阈值敏感的问题,基于激光测距仪提出一种通过自适应调节阈值求 可行方向的移动机器人实时避障算法．对于给定的一组阈值,用其中的每个阈值求可行方向,在获得的接近目标方 向的所有可行方向中,选取最大阈值所对应的方向作为机器人的参考行驶方向．根据当前行驶方向与参考行驶方 向之间的偏差和所选阈值的大小对线速度进行限制．在ASR 机器人上进行实验的结果表明,当最大运行速度设为 0.8 m/s 时,机器人能够以0.61 m/s 的平均速度安全平滑地通过障碍区．