基于行為的實時路徑規(guī)劃

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1、2009年5月控制工程May2009第16卷第3期ControlEngineeringofChinaVol.16,No.3文章編號:167127848(2009)0320367204基于行為的實時路徑規(guī)劃單建華(安徽工業(yè)大學機械工程學院,安徽馬鞍山243002)摘要:針對室內(nèi)移動機器人導航要求,開發(fā)了以二維激光雷達作為探測環(huán)境的傳感器,基于4個反應式行為,設計了一種簡單的實時路徑規(guī)劃算法。避障行為使機器人穿過狹小通道,或者在某些障礙物環(huán)境下繞出狹窄區(qū)域;接近行為使機器人順著障礙物前進直到開闊地帶;

2、搜尋行為使機器人不斷朝向目標運動;線性行為使機器人到達目標點。機器人表現(xiàn)出很強的路徑尋找能力,并且不需要定位信息。仿真實驗表明該算法速度快,實時性好,路徑平滑無震蕩,實現(xiàn)了有效避障。關鍵詞:路徑規(guī)劃;行為控制;移動機器人;激光雷達中圖分類號:TP24文獻標識碼:AABehavior2basedReal2timePathPlanningforMobileRobotSHANJian2hua(SchoolofMechanicalEngineering,AnhuiUniversityofTechnolog

3、y,Ma'anshan243002,China)Abstract:Totheindoormobilerobotnavigationrequirements,asimplereal2timepathplanningmethodbasedonfourstimulate2actionbehaviorsisdesigned,whichtakestwo2dimensionallaserradarassensortodetecttheenvironment.Theobstacle2avoidancebehav

4、iorroleistocausetherobottopassthroughthenarrowandsmallchannel,orescapefromthenarrowregionundercertainobstacleenviron2ment.Theobstacle2approachingbehaviorroleistomovetherobotalongtheobstacleuntiltheopenarea.Thepath2searchingbehaviorroleistoconstantlymo

5、vetherobottowardsthetarget.Thelinearbehaviorroleistomaketherobotarrivethetargetpoint.Therobotcaneffectivelysearchthepathanddoesnotneedthelocalizationinformation.Thesimulationresultsshowthatthealgorithmrunsfastandcanbeusedtoavoidtheunknownobstacleswith

6、outcollisionandtosimultaneouslysteerthemobilerobottowardthetargetinasmoothandstablepathandcontinuousmotion.Keywords:pathplanning;behaviorcontrol;mobilerobot;laserradar1引言2實時環(huán)境信息基于目標的移動機器人路徑規(guī)劃是機器人在已本文采用二維激光雷達作為主要的環(huán)境感知傳知目標的情況下,自動地避開障礙物到達目感器,其探測范圍是前方180°

7、范圍內(nèi)的環(huán)境信息,[1-2]標。局部路徑規(guī)劃典型方法包括人工勢場每015°一個距離數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)量大,不利于數(shù)據(jù)的[3][4][5]法、行為控制法、柵格法等。其中,行為實時傳輸。因此,可把數(shù)據(jù)進行壓縮,壓縮率的大控制法是一種重要的智能控制方法,機器人的行為小取決于環(huán)境建模的精度和實時處理速度的折衷,可以分為反應型和慎思型兩大類。反應式行為是一本文采用每5°壓縮為一個數(shù)據(jù),共37個數(shù)據(jù),這種激勵-響應行為,不需要規(guī)劃過程,響應時間樣基本可反應機器人前方的環(huán)境,同時有利于實時短。慎思式行為是可學習的、有意

8、識的行為。它是[6]傳輸和控制。傳感器方向模型,如圖1所示。將規(guī)劃加入到反應式中,使得機器人具有記憶和推理能力。但其實現(xiàn)復雜,要求高,速度慢,獲得實時性有較大困難。行為控制法近幾年得到了廣泛的應用,例如Rocky7系列火星探測車的避障就采用這種控制方法。本研究采用激光雷達作為探測環(huán)境的傳感器,基于4個反應式行為,針對移動機器人設計了一種圖1傳感器方向模型簡單的實時路徑規(guī)劃算法。Fig11Sensordirectionmodel收稿日期:2008208218;收修定稿日期:20082