移动机器人的实时路径规划研究与仿真.pdf

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1、第32卷第1期计算机仿真2015年1月文章编号：1006—9348(2015)01一0406一05移动机器人的实时路径规划研究与仿真乔慧芬，潘广贞，元琴(中北大学计算机与控制工程学院，山西太原030051)摘要：研究移动机器人的实时路径规划问题。为了实现移动机器人在动态不确定环境下实时地避开障碍物，安全到达目标点，提出一种人工势场法与指导性RRT算法结合的改进算法，利用人工势场法在初始环境中预规划一条初始路径。当有新的障碍物出现并且覆盖了初始路径时，启动实时规划。在新的障碍物周围确定合适的规划空间，可利用指导性RRT

2、算法规划局部路径。最后，合并初始路径与局部路径，得出最终路径。仿真结果表明，改进的混合算法能够有效实现移动机器人的无碰撞实时规划，路径长度和规划时间有明显改善。关键词：移动机器人；实时路径规划；人工势场法；快速扩展随机树；混合算法中图分类号：m01．6文献标识码：BResearchandSimlllationofReal—TiIIlePathPlaIlIlingforMobileR0botQIAOHui—fen，PANGuang—zhen，YUANQin(Computer锄dContmlEn舀neering，Nonl

3、lUnivers崎0fChi腿，Taiyll肌Shanxi03005l，China)ABSTRACT：Researcht}Iereal—timepatllplannirlg0fmobilembot．‘Inordertorealizetllereal—timeobstacleavoid．ance粕dreachthetargetsafelyunderdyn眦icuncertainenvimnment，tllispaperproposedanimprovedalgorithmcombinedwidlanificialpot

4、entialfield蚰dgllidingRRTa190ritl埘．Intlleinitialenvimnment，tlleanificialpotentialfieldmethodw踮usedforpre—planIlingiIlitialpadl．whenanewobst习lcleappeared锄dcoveredtlleinitialpath，thereal—timepl锄ingw鹊sⅢed．Dete珊ining印propriatepl肌ningspacearoundthenewobstacle，alocalp

5、athw酗pl锄edbygIlidingRRTalgo甜吼．Last，tllefinalp础wasobtainedt}lrouglImergingtlleinitialpa山锄dlocalp如．ThesimulationresultsshowtIlattlleimprovedhybridalgoritIlIIlcan他alizecollisioIlless粕dreal—timepl枷ngofm伊bilerobot，attlles锄etimetIlepathlength帅dpl蛐JIingtimecanbeimprov

6、edobviously．KEYwoRDS：Mobilembot；Real—timepat}lpl蛐ning；Artificialpotential矗eldmetlIod；RRT；Hybridalgorit}Im1引言移动机器人路径规划作为机器人研究中一个最基本最关键的课题，近几年得到了飞快的发展，逐步形成了理论、算法和应用的多方位研究。目前移动机器人路径规划的主要研究方向是动态不确定环境下的实时避障。动态不确定环境通常包括运动轨迹不定的移动障碍物和位置未知的静止障碍物。常用的路径规划算法主要有：快速扩展随机树(R印i

7、dly—exploringRandom’I'ree，RRT)算法⋯、蚁群算法嵋o、遗传算法∞’和人工势场法H．51等。文献[6]针对人工势场法提出一种改进的斥力势场函数，并添加附加控制力，使机器人尽快跳出局部极小值点完成路径规划。文献[7]将人工势场法的势场函数改进，在此基础上，增加虚拟目标点，和原目标点共同对机器人产生引力，使机器人在当前位置所受合力不为零，摆脱局部极小值点进而成功规划路径。文献[8]提基金项目：山西省科技攻关项目(20090322004)收稿日期：2014—03一04修回日期：2014—03—3l

8、一406一出了双足机器人路径规划的一种改进的任意时间RRT算法。生成一组快速探索随机树，之后每个树都重新使用上个树的信息来改进树的延伸，并且使用导航节点缓存生成引力函数来减少移动代价。上述方法都是基于静态环境下移动机器人的路径规划，缺乏对实际问题的考虑。移动机器人的工作环境多数属于动态不确定环境，如新障碍物的位置事先未知，因此需要考虑实时路径规