轮式移动机器人个体在未知环境中实时免碰路径规划

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轮式移动机器人个体在未知环境中实时免碰路径规划轮式移动机器人个体在未知环境中实时免碰路径规划
范 红 ，蒋静坪
( 1 .上海海事大学物流工程学院，上海2 0 0 1 3 5 ；2 .浙江大学电气工程学院，杭州3 1 0 0 2 7)
摘要：根据人类在行走过程中避开障碍物及走向目的地的经验，结合机器人自身的结构特点，提出-种轮式移动机器
人个体在未知二维环境中实时免碰路径规划方法。仿真实验表明，该算法具有很好的适用性。
关键词：轮式移动机器人；避开障碍物；路径规划
中图分类号：T P 2 4 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 1-3 8 8 1( 2 0 0 4)9-0 4 2- 4
The Re al- - t i me Obs t ac l e s Av oi da nc e Pa t h Pl a nni ng f or t he W he e l e d M o bi l e Ro bo t
FAN Ho n g ， J I ANG J i n g . p i n g
( 1 . L o g i s t i c s C o l l e g e o f S h a n g h a i Ma r i t i me U n i v e r s i t y ，S h a n g h a i 2 0 0 1 3 5 ，C h i n a ；
2 . E l e c t r i c a l C o l l e g e o f Z h e j i a n g U n i v e r s i t y ，H a n g z h o u 3 1 0 0 2 7，C h i n a )
Ab s t r a c t ：Ba s e d o n t h e ma n b e i n g S e x p e r i e n c e f o r a v o i d i n g t h e o b s t a c l e s a n d t h e f e a t u r e s o f t h e wh e e l e d mo b i l e r o b o t ，a p a t h
p l a n n i n g s t r a t e g y wa s p r o p o s e d，wh i c h w o r k s w e l l i n ma n y s i t u a t i o n s .
Ke y wo r d s：Wh e e l e d mo b i l e r o b o t ； Av o i d i n g t h e o b s t a c l e s ；P a t h p l a n n i n g s t r a t e g y
0 前言
机器人免碰路径规划是智能机器人研究的重要课
题之-。该领域的研究可以分为两个基本模式：全局
路径规划和局部路径规划。在第-类 ～普遍视为钢
琴搬运者问题，使用已知的环境信息离线生成路径。
只要最优路径存在，该法通常都能找到最优路径。但
因需要精确确定的环境信息和大量的计算时间，不能
反应无法预料的变化，因而不适用于实时情况。后者
是仅使用-些局部环境信息在线生成路径。既然该法
使用-些由传感器数据更新的环境信息生成在线路
径，那么能够反应无法预料的变化并且不需要大量的
计算时间。但该路径不是最优的，只是可行的，且易
于陷入最蝎值。然而，在实际时变环境他们更适
用基于局部信息的路径不可能总是存在，因为在
给定两点之间移动机器人的全局必要条件要求完整描
述环境的全局路径规划 ( 例如第-类) 。这导致-个
更多的分类。第二类的路径规划方案可以称为启发
的∩获得的文献中的第二类的大部分方案，都是启
发式的。-些方法使用了局部观测特性 ；-些基于
视觉的方法被提出 ；许多方法基于智能的思想，例
如模糊逻辑 ，神经网络 ，行为 ，学习 ，模糊
神经网络 ∩以根据与其他既存或理论可行的算法
的比较 、或局部最优 、或从人类行走观点看的合理性
来判断算法的表现。
本文的组织结构是
这样的：首先给出轮式
移动机器人的运动模型
和距离传感器的配置，
然后是避障转角 、机器
人相对于 目标的位置 、
路径规划策略、仿真结
Y ， t H 1 )
Y I ∽ Y( t )

p h )
a
～
，
，
0 xt f)
图 1 轮式移动机器人运动模型
1 轮式移动机器人运动模型及其距离传感器配置
如图 1所示为轮式移动机器人运动模型，其距离
传感器配置如图2所示。8个距离传感器用于检测机
器人与障碍物的接近，每侧各采用两个。机器人定
位，即目标位置的测量，由轮上的里程计决定。感知
器 P： s . ， s ， s ， s ， s ， s ， s ， S ) 为 g个距离传感器
集合，进-步-对-映射为测量的距离集合 P ：
r l ， r ! ， ， r ， r 5 ， r 6 ， r ， r s ) ，即传感器 s 。 和障碍物之间
的距离是 r . 。
3 各侧距离传 感器所 。
确定 的瞬 时转角及 数 。
学模型
3 . 1 各侧距 离传感器
确定 的避 开各侧 凸 多 .
边形障碍物的瞬时实.
l
障 檗 物 · - l 、
t 兽侧 々 感 嚣
左 赠 传 感 暑 - b 佣 侄 悬 蟊
后侧传感嚣
际准平行转角的数 学 。 。· 。 。加
模型 图2 轮式移动机器人仿真界
在文献 [ 1 0]中， 面及距离传感器配置
我们提出并证明了当机器人各侧分别面对凸多边形障
碍物时，在安全范围内，当机器人转向各侧所检测的
距离的较大-边时，各侧距离传感器所确定的瞬时准
平行转角分别为：
t p y a r c s i n ( 亨
詈 - a r c s i n ( 2，4
其中r ! ， - . 和 r ， 分别是传感器 S 和 S ， 的实测距离，
( - . ，Y 1 J - . ) ， ( ，Y )分别为 S - . 、s 在机器人
坐标系 X O Y 上的坐标，d为 S 、S 两顶点之间
的欧氏距离。
3 . 2 各侧单个传感器所确定的瞬时安全转角模型