移動機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法的研究

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1、移動機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法的研究摘要:本文針對機(jī)器人及障礙物的位置可以實時測得,障礙物數(shù)量固定,形狀大小可預(yù)知,位置一般固定不動的情況,提出一種計算簡單、容易實現(xiàn)的移動機(jī)器人路徑規(guī)劃方法,可適用于某些特定的場合?！　￡P(guān)鍵詞:移動機(jī)器人路徑規(guī)劃障礙物　　:TP24:A:1007-9416(2010)08-0015-02　　　　1引言　　在有障礙物的工作環(huán)境中,如果機(jī)器人及障礙物的位置可以實時測得,則可以尋找一種移動機(jī)器人的優(yōu)化路徑規(guī)劃算法,使機(jī)器人在運動過程中無碰撞地繞過所有的障礙物,安全的到達(dá)指定目標(biāo)位

2、置[1]?！　÷窂揭?guī)劃問題根據(jù)機(jī)器人的工作環(huán)境模型可以分為兩種,一種是基于模型的路徑規(guī)劃,作業(yè)環(huán)境的全部信息都是預(yù)知的;另一種是基于傳感器的路徑規(guī)劃,作業(yè)環(huán)境的信息是全部未知或部分未知的?！　”疚奶岢鲆环N計算簡單、容易實現(xiàn)的移動機(jī)器人路徑規(guī)劃方法,可供側(cè)重于應(yīng)用的讀者參考。　　　　2問題描述　　設(shè)機(jī)器人在長度為L的L×L的二維平面上能夠自由運動,將機(jī)器人模型化為點狀態(tài)機(jī)器人,在L×L的二維平面上存在若干個靜態(tài)障礙物和在一定范圍內(nèi)運動的動態(tài)障礙物,根據(jù)安全性的要求進(jìn)行了相應(yīng)的“膨脹化”處理,使“膨脹化”

3、后的障礙物邊界為安全區(qū)域,“膨脹化”后的障礙物邊界區(qū)域內(nèi)為凸型,邊界為光滑曲線,邊界上各點曲率半徑≤δ(其中δ是正常量,可假設(shè)為圓的半徑),曲率中心在障礙物內(nèi)部,單個機(jī)器人的路徑規(guī)劃是找出從起始點至終點的一條最短無碰路徑[2]。設(shè)終點(目標(biāo))的坐標(biāo)為已知,機(jī)器人在任何時刻都能測出機(jī)器人所在位置與終點連線和機(jī)器人到障礙物邊界的切線的夾角。根據(jù)夾角的大小來判斷所選擇的無碰撞行走路徑[3]。如圖1所示,由于角αRi+Rr?！　?.3單障礙物情況　　機(jī)器人在任何時刻都能夠測得機(jī)器人的位置坐標(biāo)(XR,YR),目

4、標(biāo)位置是已知的(XG,YG),可測量出機(jī)器人與目標(biāo)連線和機(jī)器人與障礙物碰撞圓的切線的兩個夾角αi和βi(i=1,2,…)。若αi<βi,則選αi方向的切線作為行走路徑;否則,則選βi方向的切線作為行走路徑;則如圖1所示。　　3.4多障礙物情況　　對于多障礙物情況,可將移動機(jī)器人繞過多個障礙物最終到達(dá)目標(biāo)位置作為一個總?cè)蝿?wù),每當(dāng)繞過一個障礙物作為一個分任務(wù)。總?cè)蝿?wù)就可分解為多個分任務(wù),設(shè)第i個分任務(wù)的目標(biāo)點為Gi和中途點為Bi,執(zhí)行第i個分任務(wù)時,如果在到達(dá)Gi的路徑上存在障礙物,則增加第i+1個分任務(wù)

5、,此時目標(biāo)點Gi+1就是Bi;以此類推,尋找切線路徑直至到達(dá)給定的最終目標(biāo)位置,計算所有分任務(wù)的最短切線路徑之和即為所求的最優(yōu)路徑[4]。　　　　4行路徑算法　　(1)機(jī)器人朝著目標(biāo)按直線方向行走,直到以下任一情況發(fā)生:　?、僖呀?jīng)到達(dá)目標(biāo),結(jié)束。　?、谠跈C(jī)器人與目標(biāo)之間發(fā)現(xiàn)障礙物,轉(zhuǎn)(2);　　(2)按路徑規(guī)劃的原理選擇路徑,轉(zhuǎn)(1)?！　　　?結(jié)語　　移動機(jī)器人路徑規(guī)劃的算法有很多,每一種算法能夠適用于幾種特定的場合。一個好的算法,不但理論簡單,計算快捷,容易理解,便于實現(xiàn),而且實現(xiàn)的效果好,能夠提

6、高運行效率。本文介紹的移動機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法,容易理解,便于實現(xiàn),可適用于某些特定的場合。