基于弹簧模型的移动机器人路径规划研究.pdf

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1、第37卷第4期2016年4月仪器仪表学报ChineseJoumalofScienti6cInstmmentV01．37No．4Apr．2016基于弹簧模型的移动机器人路径规划研究水高申勇1一，许方镇3，郭鸿杰3(1．浙江大学电气工程学院杭州310027；2浙江水利水电学院信息工程与艺术设计学院杭州310018；3．杭州电子科技大学计算机学院杭州310018)摘要：针对传统人工势场法在路径规划中存在局部极小点问题，提出了一种基于虚拟弹簧模型的移动机器人局部路径规划算法。通过模拟弹性小球在有障碍物的斜

2、坡上滚下过程中的受力情况，规划移动机器人从开始位置到目标点位置的移动过程；建立弹簧力学模型完成机器人的避障行为，并结合使用沿障碍物边缘移动和切换目标点位置两种控制策略，解决局部路径规划算法极易出现的局部极小点问题。仿真试验和实际移动机器人的实验表明，该算法能进行实时避障和路径规划，并确保移动机器人在绝大部分环境中能安全、快速地到达目标点。关键词：虚拟弹簧；路径规划；移动机器人中图分类号：TP242TH701文献标识码：A国家标准学科分类代码：510．80Research0nmObilerobots

3、’pathplanllingbasedonasp“ngmodelGaoShenyon91一，XuFangzhen3，GuoHon舀ie3(J．cozfege矿E如ct廊口fEn∥聊e矗增，z危咖口增‰西e”渺，胁增ab“3JoD27，眈im；2．cDmp“衙口以坳r，m砌nE晒聊er嘶，z姆口昭‰而e糟妨0，耽zer鼢o“rc∞n以眈c￡疵P咖er，砌ng舶M3JODJ8，吼i№；3．c。唧珏把r&如nce，如f移幻珏D如趔如妇堪毋，如，够如H3Z∞招，强渤)Abstract：Toaddresst

4、hepmblemoflocalminimumexistinginthetmditionalartificialpotential6eldmethod，anovellocalpathplanninga190rithmformobilerobotbasedonthevirtualspringmethodispresetned，Bysimulatingtheforcesituationof明elasticballmllingdowntheslopefillingwithobstacles，theproc

5、essofmobilerobotmovedf}omthestartingpositiontothetargetpositionistakenintoeonsidera-tion．ThespringHIecl诅nicsmodelisutilizedtoaccomplishthebehaviorofrobotobstacIeavoidance，andmultipIecontm【stmte百es唧usedtos01vetheproblemoflocalminimum．Boththesimulatione

6、xpe^mentsandrealmobilerobotexperimentsshawthatIllobilembot’sreal-timeobstacleaVoidanceandpathplanningcanbewellpeIfo珊ed，andthembotcanreachthetargetPointsa{．elyandquicklyinmostenvironments．Key、帕r‘ls：Virtualspdng；pathplanning；mobilembot1引言移动机器人路径规划是指在具有障

7、碍物的环境中按照一定的评价标准，寻找一条从起始状态到目标状态的无碰撞路径。目前对移动机器人路径规划算法的研究已取得许多成果。石为人等人⋯基于FIoyd算法进行移动机器的最短路径规划实现移动机器人路径的最短和用时的相对减少；刘洞波等人拉。提出了一种机器人自适应抗收稿日期：2016一olReceivedDate：2016旬1十基金项目：浙江省自然科学基金(LYl3FD20033)项目资助差定位算法提高了移动机器人的定位精度。在众多机器人路径规划方法中，人工势场法因其简单的数学描述和便捷的实现形式得到了

8、广泛应用。针对人工势场法中机器人容易陷入局部极小点的问题，相应地也提出很多的改善和优化方法。如LuoQ．Y．等人p1使用了虚拟的目标点、chenT．B．等人H1使用了动态目标点位置方法和于飞等人¨。结合遗传算法引用逃脱力，在一定概率上解决了局部极小点的问题；ChenL等人拍1重新定义了引力和斥力函数，该方法虽然有效解决局部极小点问题，但增第4期高申勇等：基于弹簧模型的移动机器人路径规划研究797加了公式复杂度，不适于非约束移动机器人在实际复杂环境的运行。为了能够在复杂环境里实现移动