融合改进A^(∗)算法与动态窗口法的机器人避障研究北大核心CSCD

针对机器人在全局未知环境的路径规划中无法进行实时动态避障的问题,提出一种将改进的A^(*)算法与动态窗口法融合的机器人避障方法。首先将传统A^(*)算法3×3搜索领域扩展至5×5搜索领域,并将16个搜索方向进行取舍至9个,同时优化启发函数,通过优化时间复杂度来提升A^(*)算法搜索效率;然后进行冗余节点移除操作,剔除机器人路径中的多余拐点和共线的点;改进后的A^(*)算法较传统A^(*)算法平均减少了65.805%的路径规划时间和4.967%的路径长度。最后将改进的A^(*)算法与动态窗口算法进行结合,使得机器人具有动态避障能力,且保证机器人在局部避障的过程中得到全局路径规划的最优解。     

融合改进蚁群和DWA的移动机器人路径规划

针对传统蚁群算法搜索时间长、易陷入局部最优且动态规划能力弱等缺陷,提出一种融合改进蚁群和动态窗口算法（DWA,Dynamic Window Approach）的路径规划方法,解决移动机器人全局路径优化以及局部动态避障路径规划问题。在分析传统蚁群算法路径规划原理及优缺点的基础上,通过引入初始栅格转移规则、改变信息素更新方式、删除冗余节点、圆切障碍顶点等方法,提高蚁群算法的收敛速度、规划路径的平滑度以及安全可靠度;进一步在改进蚁群算法中引入DWA进行局部路径规划,实现机器人的动态避障。对比仿真结果表明,所提改进算法在路径长度、迭代次数、收敛时间以及路径平滑度、安全可靠度等性能指标上较传统算法均有所提高。     

沿全局最优路径滚动避障的车间机器人导航研究

为了减少机器人在车间工作时的路径长度、提高行驶安全性,提出了全局规划和局部滚动避障相结合的机器人导航方法。对车间静态环境进行全局路径规划,在传统蚁群算法基础上,在转移概率中引入节点被访问次数作为新启发因子、同时引进随机选择策略和"回退-惩罚"策略,从而提出了基于改进蚁群算法的全局路径规划方法。对车间动态环境进行局部滚动预测避障,分确定和不确定运动提出了碰撞预测和碰撞避免策略,实现了沿全局最优路径滚动避障行驶。经仿真验证,改进蚁群算法规划出的路径比传统方法缩短了42.3%;在车间动态环境下,机器人使用滚动预测避障策略可以沿着最优路径安全到达目标点,实现了机器人在车间动态环境下安全导航。     

动态环境下移动机器人路径规划的改进蚁群算法

研究动态环境下移动机器人路径规划问题,采用栅格法对机器人工作空间进行建模,在使用蚁群算法进行全局路径搜索过程中引入人工势场的概念,使蚂蚁对最优路径更加敏感;机器人针对动态环境中可能出现的不同类型障碍物分别执行不同的避障策略;同时提出一种最优路径预测模型用于预测在避障过程中是否出现新的最优路径。算法结合人工势场法和蚁群算法的特点,将全局路径规划与局部路径规划相融合以提高路径搜索的效率。仿真结果验证了该算法的有效性。     

基于安全点引导混合算法的启发式机器人动态路径规划

针对机器人在复杂环境下路径规划难以兼顾全局最优和实时避障的问题，将改进的A^*算法和人工势场法结合，提出一种具有启发式动态路径规划的安全点引导(SPG)混合算法。设计了终点逼近策略，解决了传统A^*算法规划路径转折点过多的问题，同时采用平面向量积法避免传统人工势场法路径振荡。设计安全点引导的启发式策略将两种改进算法结合，既保证安全路径，又逃离局部极小值点。分别在静态和动态环境下对SPG混合算法进行仿真并与传统混合算法相比，静态环境和动态环境下的路径长度与运行时间分别缩短了10%,25.6%和9.5%,30.9%,表明SPG混合算法具有良好的全局路径规划与动态避障能力。最后在真实场景中验证了SPG混合算法的有效性。     

基于时间栅格法和最优搜索的电网巡检机器人避障路径规划方法

针对电网巡检机器人存在避障能力低下和路径规划不合理的问题,研究基于时间栅格法和最优搜索的电网巡检机器人避障路径规划方法.利用时间栅格法标识工作空间内障碍物,构建机器人电网巡检环境信息,通过最优搜索避障路径算法,全局规划机器人到达目标点的路径,结合改进势场法,通过调整斥力和引力势函数,计算合力实现机器人的局部避障及避障路径规划,形成全局和局部相结合的避障方法.试验结果表明,躲避静态障碍物和动态障碍物的平均躲避成功率分别为 ９８．３７％ 和 ９６． １２％ ,避障路径规划平均耗时为 １.５６ s ,具备快速、高效、精准的避障及路径规划能力,可提升机器人的动静态障碍物避障能力和路径规划效率.     

融合 A∗ 与 DWA 算法的水面船艇动态路径规划

为解决水面船艇路径规划同时要求全局最优、实时避障和航迹安全可靠的问题,提出了一种基于融合 A ∗ 算法与动态 窗口算法(DWA)的水面船艇路径规划方法。 首先通过引入启发函数动态加权策略,提高 A ∗ 算法的搜索效率;然后综合考虑水 面船艇的运动特性,采用一种路径转角节点角度削弱策略,减少转角,缩短全局路径长度;最后,基于全局因素影响与航迹安全 约束对 DWA 算法的轨迹评价函数进行改进,并以全局路径提供子目标点引导 DWA 算法进行局部规划的方式完成算法融合。 实验结果表明,融合算法相比于现有算法的总转向角度分别减少了 45. 6% 、46. 0% ,验证了融合算法的有效性与可行性,并且相 较于其他传统算法更具优越性。     

自动泊车系统中AGV路径规划及碰撞规避问题分析

采用抑制转弯权值的改进A~*算法作为全局路径规划,结合动态冲突检测及动态避障策略,有效解决多AGV运行环境下的运行安全问题。优化算法能够实现AGV最优路径规划及动态避障功能,且算法执行效率高,在采用拓扑图法对智能停车场的实际环境建模的基础上,可提高AGV在实际应用领域的综合效益。     

面向复合地图的移动机器人分层路径规划

针对传统路径规划方法在部分未知复杂大场景环境下搜索空间大、效率低、避障成功率不高等问题,提出一种基于拓扑-栅格-度量复合地图的移动机器人分层路径规划方法。首先将机器人作业环境描述为栅格地图并划分为多个栅格化的子区域,以子区域为关键节点进行位置关系抽象从而获得拓扑架构,并对局部栅格区域进行精细化描述,构建拓扑-栅格-度量的复合地图。其次,在不同地图层级上分区域搜索机器人路径,在拓扑地图上采用Floyd算法规划子区域之间的区间路径,面向栅格地图提出搜索子区域内部路径的改进A^*算法,通过引入扩展点筛选策略、双向搜索机制、路径冗余点剔除技术提高路径规划的效率与质量,并拼接各段区间路径和内部路径生成全局优化初始路径。最后,针对部分未知场景中的动态障碍物,在度量地图上提出基于深度强化学习架构的动态避障路径规划方法,利用价值分类经验回放机制提高样本的利用率和模型训练的效率。实验结果表明,所提方法有较高的搜索效率和避障成功率,生成的路径兼具安全性和平滑性。     

基于ROS平台机器人导航避障系统设计与开发

基于ROS工业机器人开源平台,应用C++语言进行了移动机器人导航避障系统的设计与开发。选用激光雷达作为位置传感器,融合视觉里程计、轮式里程计和IMU里程计三大里程计数据,采用传统定位与SLAM算法创建地图,应用AMCL算法准确确定移动机器人位置;对移动机器人使用A~*算法进行全局路径规划、DWA算法进行局部路径规划,并且使用模糊BUG2算法作为核心算法实现局部避障器融入ROS规划系统中,应用C++语言开发程序,在移动机器人Robotino在地图上的两个点进行导航和避障测试。结果表明,只要合理设置机器人和障碍物之间相对运动速度,机器人可以规划出一条躲避缓慢移动障碍物、全局较优路径。     

基于视觉的平面关节机器人避障路径规划

针对平面关节机器人工作平面相对固定的特性,利用相机获取工作平面的环境信息。从图片构建地图信息的过程中,提取障碍物轮廓作为障碍物栅格,并将世界坐标下的安全距离映射为像素坐标下的安全像素距离,再将轮廓曲线沿法向向外扩展安全像素距离得到完整的地图信息。考虑到传统A*算法搜索的路径存在冗余节点会对后续机器人的速度规划带来较大的困难,利用改进的A*算法,剔除了路径上的冗余节点,减小了速度规划的复杂度;同时,障碍物轮廓已被扩展安全像素距离,保证了路径搜索过程中节点到障碍物的最小距离,实现了安全距离可控的避障路径规划。     

基于A*算法和人工势场法的移动机器人路径规划

针对复杂非结构化环境下移动机器人的路径规划问题,提出了将全局与局部规划算法相融合的路径规划方法。首先,对传统A*方法进行了有效的改进,新的A*算法能够完成机器人的路径规划任务,利用二次A*搜索方法得到了优化后的路径点,缩短了移动机器人的行驶路径。进一步,动态切点法可以有效地对已规划路径进行平滑处理;然后,综合考虑路径和环境的情况,采用改进的人工势场方法对移动机器人进行了局部路径规划,通过增设虚拟子目标的方法解决局部极小值问题,利用自适应步长调节算法对移动机器人的步长进行了动态优化;最后,针对不同场景,利用数值仿真将该算法与传统算法进行比较,结果表明该算法在不同环境路径规划的问题上具有一定的先进性和优越性。     

轮式智能车动-静随机障碍物避障研究

针对智能车传统 A ∗ 算法存在拐点较多,不平滑,易发生碰撞问题,提出一种 A ∗ 与 DWA 融合改进随机避障方法。 在 A ∗ 优化算法中通过计算节点间斜率,选择关键节点,剔除冗余节点,改进了评价函数,提高 A ∗ 算法速度和路径平滑性。 针对 A ∗ 优化 算法无法规避随机障碍物及 DWA 算法存在速度与安全不兼顾问题,提出一种兼顾速度与安全性的优化 DWA 自适应算法。 在每 两个优化关键节点间采用自适应动态窗口法进行局部规避随机动-静态障碍物,使智能车自主、平滑、安全、高效规避障碍。 实验 显示:本文算法与 A ∗ 、Dijkstra、改进 A ∗ 与基本 DWA 融合算法相比,在 3 种环境下全局路径长度、拐点数、时间平均降低 2. 9% 、 36. 2% 、24. 7% ;2. 9% 、40. 7% 、30. 9% ;0. 31% 、23. 8% 、13. 6% ,能够实现随机避障且路径平滑,验证了本算法的有效性。     

基于改进A*算法的AGV路径研究

路径规划能力是AGV(Automated Guided Vehicle,自动导引运输车)系统智能化程度的体现。在众多算法中,A~*算法使用代价消耗估算方式达到较快的计算能力,被广泛应用于AGV的路径规划中,但仍存在局部最优的规划问题,规划的路径上存在冗余节点和较多不必要拐点。为减少运输路径中的总能耗,缩短路径总长度和减少AGV转弯次数,采用分裂和筛选的方案对传统A~*算法进一步优化,提出改进A~*算法,使其在实际工作环境中搜索更加迅速、考虑更加周密。在传统A~*算法基础上,在未知节点的启发函数里增加转弯权值,可以在计算规划过程中考虑转向所带来的消耗,从而减少转弯次数。使用任务分裂方案可以尽可能多地选择出较优路径,其中的最优解能够实现得转弯较少,展现出比较平滑的线路。基于Ubuntu下ROS系统版本进行仿真,对比实验结果表明,改进A~*算法在规划时间、总行程以及转弯消耗等方面都优于传统A~*算法,提升了AGV的实际运行效率,减少了AGV小车的耗能,可以缩短路径搜索规划时间,更符合工厂环境对AGV的需求。     

优化改进RRT和人工势场法的路径规划算法

针对传统快速搜索随机数(RRT)算法在规划路径中随机性较大，搜索效率较低且规划的路径不利于机器人移动等缺点，从3个方向进行改进。首先，对于随机树扩展时随机性较大的问题，将传统的扩展方向加入改进人工势场法约束，使得随机树偏向目标点生长；其次，将改进RRT算法规划的路径进行关键点提取，并优化路径；最后，将优化后的路径按照关键点分段使用改进评价函数的动态窗口法。实验表明，优化改进RRT算法相较于传统A^*算法、传统RRT算法在路径长度、路径规划时间以及拐点等方面效果都更好，融合算法在复杂环境中规划出的路径能够很好地避开障碍物，路径更加平滑且更短。     

一种改进人工势场法的机械臂路径规划方法

针对人工势场法算法存在复杂障碍物环境中易陷入局部最小值无法运动的问题,本文提出了一种适用于静态环境中机械臂路径规划改进的人工势场法,通过在引力场中添加引力安全阈值,在斥力场中添加路径搜索当前点与目标点的欧式距离,引入自适应大步长的模拟退火算法对局部最小值进行逃逸。首先,修改势场函数模型;然后,当搜索路径陷入局部最小值时,采用自适应大步长的模拟退火算法往障碍物最少的空间逃逸;最后,在规划出来的路径上提出一种冗余节点删除策略与拐点消除算法,对规划出来的路径进行平滑处理。仿真和实验验证了本文提出的六自由度机械臂避障路径规划策略有效性。     

Memetic算法在机器人路径规划中的应用研究

针对机器人路径规划问题,采用memetic算法进行求解。算法采用全局搜索与局部搜索相结合的方式,即全局搜索策略融合了遗传算法的交叉与变异操作,局部搜索策略采用了爬山搜索。目标函数综合分析了路径规划中环境和机器人的实际约束条件,以期满足实际行走路径的最优方案。最后进行了机器人路径规划的仿真对比测试,证明了Memetic算法在机器人路径规划问题中具有更高的规划效率,得到的行走路径较优。     

基于改进蚁群算法的移动机器人最优路径规划

针对传统蚁群算法用于移动机器人路径规划时存在初期盲目性搜索、收敛速度慢及转弯次数多等问题,提出了一种改进蚁群算法。该算法将栅格法建立的环境模型划分为3种不同搜索区域,运用数学模型按距离比值方法对初始信息素差异化分配,避免蚂蚁前期盲目性搜索;基于可选孙节点个数的区域安全信息和转角启发信息选择下一子节点,并构造目标性启发函数,有效减少蚂蚁陷入死锁次数,提高路径平滑性和目标导向性。采用"狼群分配策略"更新信息素,加快路径的优化。在动态路径规划中,根据滚动窗口的信息检测与碰撞预测,对不同的碰撞类型实施有效的避障策略。仿真结果表明,改进蚁群算法规划出的路径长度更短、转弯次数更少,能够有效避开静态及动态障碍物,具有较好的全局优化性,验证了改进蚁群算法在静态及动态路径规划下的可行性和优越性。     

基于运动约束的移动机器人路径规划

针对A^*算法路径规划中存在的转折冗余、安全性低、不符合移动机器人非完整约束模型等问题，提出一种基于运动约束的路径规划算法。首先，通过挪移处理使A^*算法规划的路径点适度远离障碍物。然后，剔除无障碍路径点间节点，获取路径必经转折点。最后考虑机器人运动约束，以转折点位姿为局部目标，引导混合A^*二次规划路径。实验结果表明，改进算法比传统A^*算法提高了65%的安全距离，无冗余转向，路径具有位姿连续性，可以保证机器人的平稳、高效、安全的移动。     

基于改进RRT算法的冗余机械臂路径规划研究

针对RRT算法在机械臂路径规划的过程中无方向性,在无障碍物处产生过多无用节点的问题,采用目标偏置、双向分段搜索的策略对RRT算法进行改进,提出了具有导向性的双向分段搜索的改进RRT算法并应用于七自由度冗余机械臂的路径规划上,通过Matlab进行了三维环境路径规划仿真实验,并通过ROS平台进行冗余机械臂在简单环境与狭窄环境的避障仿真实验。实验结果表明,改进的RRT算法能够有效地减少路径的节点数量与搜索时间,并提高路径规划的成功率。