全自主移动机器人在未知环境中运动规划

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1、万方数据《电气自动化)2005年第27卷第5期机器人技术RobotTechnics全自主移动机器人在未知环境中的运动PathPlanningforAutonomousMobileRobotInUnknown规划Environments浙江大学理学院数学系(杭州310027)李杰(ZhejiangUnive阳i@,Hangzhou310027)LiJie浙江大学工业控制技术国家重点实验室(杭州310027)熊蓉(ZhejiangUniversity,Hangzhou310027)XiongRong摘要：针对机器人在未知环境中的运动规

2、划，本文给出了一种基于激光传感器的完备路径规划算法，使机器人可以有效地扫描整个未知环境。使得机器人扫描整个未知环境的行走路径较短，所需的时间也较短。计算机仿真验证了算法的可行性，同时体现了算法的优越性。关键词：路径规划遍历算法完备性贪婪算法Abstract：Aimedatthepathplanningforrobotinunknownenvironments，thispapergivesacompletealgorithmofpathplanningbasedonlasersensor，whichcanensuretherobot

3、effectivelyscanningthewholefreespaceofunknownenvironment．Thispaperalsogivesanopti—mizationalgorithmthatmakesthelengthofmovementofrobotshorterandexpendedtimelesserinscanningwholetheunknownenvi—ronment．Computersimulationvalidatesthatthealgorithmisfeasibilityandadvantage

4、．Keywords：pathplanningergodicalgorithmcompletenessgreedyalgorithm．[中图分类号]TP242[文献标识码]A【文章编号】1000—3886(2005)05—0034．041引言机器人在未知环境中的导航近年来成为研究热点。让机器人遍历整个未知环境，具有很重要的现实意义”1，比如让机器人在未知的环境中寻找目标，在人们无法进入的危险地区进行探险工作等。机器人遍历整个的未知环境，要解决两个重要的问题，首先是算法要具有遍历性心，t4，5，“，其次，机器人在遍历的过程中要能够有效

5、地从已知点移动到目标点。本文基于激光传感器，提出了一种既可以使得机器人遍历未知环境，又可以成功地从已知点移动到目标点的完备算法。目前已经存在了多种遍历算法，大致可以分为两类，一类是把环境走一遍，另一类是把环境看一遍。把环境走一遍的算法如文献[2J中提出的Wavefront算法和Ray算法，在文献[3】中提出的Cleaning算法。文献【7]中给出了让机器人把环境看一遍的算法，但是算法不具有完备性，因为算法不能保证j觇L器人在未知环境中可以成功地从已知的出发点移动到目标点。窀搜索未知环境的顺序是随机的，很可能会使得机器人行走的路径很

6、长。机器人在遍历环境的过程中，机器人能否成功地从已知点移动到目标点关系着整个任务的成败。为了解决这个问题，文献[2】和【5】中分别用到了quadtree算法和SB．LAZY』RM算法，文献【11]详细阐述了quadtree算法。Quedtree算法和sB．LAzY_DRM算法都为概率完备的，但是机器人在路径规划中所用的时间可能会很长。文献【11]提出了一种较优秀的路径规划算法，利用这种算法规划出来的路径相对较短，但是对于⋯U’形障碍物，很容易使机器人陷入死循环。本文综合分析了以上所提出的各种算法的优缺点，创新地提出了一种完备算法。

7、该算法与上述的其他方法相比，在理论上可34ElectricaIAutomation以使机器人绝对成功且更加快捷地遍历整个未知环境。本文提出的算法是针对室内环境的。室内环境相对于室外环境来讲，环境情况相对简单，易于机器人执行任务。为了便于说明遍历算法，作了如下假设：障碍物不要出现细长且水平放置的杆状物。一般的室内环境是可以满足上述假设的。2遍历算法2．1激光探测障碍物的原理利用激光传感器测距的特点，机器人可以有效地检测障碍物之间及障碍物自身边缘的在可视范围内的缺口。机器人以室内环境中的任意一点为初始位置，用激光传感器按照某一方向扫描

8、周围环境，如图1申的浅色扫描线所示。线的长度表示障碍物离机器人的距离。激光扫描仪的扫描精度使得相邻两条扫描线之间的夹角很小。定义相邻两条扫描线终点的距图1激光传感器扫描环境示意图离为d。通过判断d的大小可以确定障碍物在这两点上的连接情况。可以先设置